I ricercatori hanno superato un ostacolo verso la pulizia ambientale di alcuni contaminanti con un enzima sintetico di nuova concezione che riduce il composto solfito in solfuro, una reazione chimica multifase notoriamente complessa che è sfuggita ai chimici per anni.

Nel diario Scienza , i chimici dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno descritto il loro enzima contenente due diversi centri contenenti ferro collegati tra loro da un singolo enzima.

riduzione del solfito, una comune ossidazione-riduzione, o reazione redox, può interferire con la pulizia di un'importante classe di contaminanti ambientali tra cui nitrati, arseniato e perclorato. Questi contaminanti entrano nell'ambiente come sottoprodotti della produzione di carburante per missili, munizioni e fertilizzante. Il solfito si trova anche in natura e interferisce con l'eliminazione di composti più tossici, e i chimici non sono stati in grado di creare catalizzatori per rimuovere il solfito perché richiede più fasi di reazioni utilizzando un sito attivo complesso che è difficile da progettare e sintetizzare.

"Molte reazioni biochimiche richiedono una serie di enzimi che lavorano insieme per eseguire reazioni multistep, ma la riduzione del solfito utilizza un solo enzima, chiamato solfito reduttasi, che fa tutto il lavoro, " disse Yi Lu, un professore di chimica all'Illinois. "La natura ha creato una struttura enzimatica molto complessa per gestire questa reazione chimica, e i ricercatori non sono stati in grado di replicarlo fino ad ora".

I gruppi passati che hanno tentato di costruire un enzima sintetico per la riduzione del solfito si sono concentrati sulla creazione di modelli strutturali che assomigliano al sito attivo di enzimi nativi, ha detto lo studente laureato in chimica Evan Mirts. Per questo studio, il team ha utilizzato un enzima come impalcatura per ancorare gruppi di atomi di ferro e zolfo che si comportano come minuscole batterie molecolari, trasferire gli elettroni necessari per spingere la reazione redox.

"Credo che abbiamo avuto successo perché ci siamo concentrati sulla funzionalità del nostro enzima sintetico, non ricostruire la struttura più semplice possibile, " Ha detto Mirts. "Abbiamo tenuto conto delle interazioni che sono generalmente considerate secondarie, o meno importante per la reazione redox complessiva. Si scopre che queste interazioni sono estremamente importanti".

"Quando abbiamo tenuto conto di quelle cosiddette interazioni più deboli nel nostro enzima progettato, abbiamo improvvisamente visto un'attività di reazione redox molto simile a quella dell'enzima naturale che riduce i solfiti, " disse Lu, anche un incaricato congiunto presso il Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Il team prevede che il loro enzima di nuova concezione ispiri una nuova generazione di catalizzatori per aiutare a ripulire i rifiuti tossici nell'ambiente e contribuire a migliorare la qualità dei prodotti petroliferi.

"A parte le applicazioni pratiche, Penso che il nostro lavoro qui abbia avanzato la frontiera della progettazione di enzimi artificiali in termini di decifrazione della complessità delle reazioni redox e progettazione di catalizzatori multifattoriali con attività molto elevata, " Lu ha detto. "Con la dimostrazione di successo di questo sistema, ora possiamo iniziare a progettare molti altri enzimi multicofattori che svolgono funzioni ancora più complesse, reazioni difficili che prima potevamo solo sognare".