I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo che aiuta nel processo di creazione di composti preziosi utilizzando una combinazione unica di catalizzatori.

Uno studio pubblicato su Natura ha riportato un nuovo metodo catalitico che combina catalizzatori enzimatici con fotocatalizzatori.

Huimin Zhao, Professore di Ingegneria Chimica e Biomolecolare e leader del tema di ricerca Biosystems Design presso il Carl R. Woese Institute for Genomic Biology presso l'Università dell'Illinois, ha condotto la ricerca insieme a John Hartwig, Professore di Chimica all'Università della California, Berkeley, che in precedenza era un professore all'Università dell'Illinois ed è un collaboratore di lunga data di Zhao. I coautori includono Yajie Wang, uno studente laureato nel dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Università dell'Illinois, e Zachary Litman, un ricercatore post-dottorato presso l'Università del Michigan.

Tutti gli organismi si affidano a reazioni chimiche per produrre vari prodotti naturali. Le reazioni chimiche possono essere causate da una serie di catalizzatori, come catalizzatori enzimatici o chimici.

Gli scienziati usano spesso combinazioni di catalizzatori enzimatici e chimici per provocare reazioni che portano a rese più elevate di quelle che si possono ottenere con i soli enzimi. I rendimenti più elevati sono utili quando gli scienziati vogliono utilizzare queste reazioni per realizzare prodotti utili come biocarburanti e prodotti farmaceutici.

Ma combinare catalizzatori enzimatici e chimici è difficile da fare:i due catalizzatori non sono naturalmente compatibili; funzionano meglio in diverse condizioni e temperature.

Vedendo la necessità di nuovi approcci, Wang e Litman hanno avuto un'idea:combinare catalisi enzimatica e fotocatalisi.

Fotocatalisi, che usa la luce per stimolare una reazione chimica, è attualmente un'area di ricerca popolare.

"Molti ricercatori hanno cercato di sviluppare nuovi fotocatalizzatori per diverse reazioni, " Zhao ha detto. "E la catalisi enzimatica è un campo relativamente vecchio."

Mentre la fotocatalisi e la catalisi enzimatica sono state studiate separatamente, pochi ricercatori hanno messo insieme questi due catalizzatori.

Il team ha studiato diversi enzimi e fotocatalizzatori e ha trovato una coppia che funziona insieme.

"Se usi un processo guidato dalla luce invece di uno guidato dal calore, allora sarà compatibile con gli enzimi, "Ha detto Hartwig.

Non solo hanno dimostrato che i catalizzatori enzimatici e i fotocatalizzatori possono essere combinati, ma che questa combinazione può anche essere produttiva. Il loro metodo è stato in grado di creare alcuni importanti intermedi farmaceutici attivi (API) per la produzione di farmaci.

"(Questa ricerca) sarebbe molto utile per la chimica sintetica, "Ha detto Hartwig.

Zhao ha affermato che proseguiranno ulteriori ricerche in questo settore come parte del Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) dell'Illinois, una collaborazione tra il Carl R. Woese Institute for Genomic Biology e l'Institute for Sustainability, Energia, e Ambiente.

Uno degli obiettivi di CABBI è progettare sistemi biologici che producano composti non naturali, che può essere utilizzato per i biocarburanti, carburanti per jet, lubrificanti, e altro ancora.

I ricercatori sperano di trovare più combinazioni di fotocatalizzatori e catalizzatori enzimatici per più reazioni chimiche.

"Questo è solo un primo esempio, " Zhao ha detto. "Vogliamo trovare più sistemi chemioenzimatici per diversi tipi di reazioni".

Zhao prevede che questa ricerca ispirerà anche nuove scoperte.

"Esistono molti nuovi fotocatalizzatori per diversi tipi di reazioni, e ci sono molti enzimi, " ha detto. "Quindi posso vedere che questo stimolerà i ricercatori a sviluppare nuovi sistemi in grado di combinare questi due tipi di catalizzatori per produrre un'ampia varietà di composti utili".