Gli scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto una nuova funzione in un enzima vegetale che potrebbe avere implicazioni per la progettazione di nuovi catalizzatori chimici. L'enzima catalizza, o iniziati, una delle reazioni chimiche fondamentali necessarie per sintetizzare una vasta gamma di molecole organiche, compresi quelli che si trovano nei lubrificanti, cosmetici, e quelli utilizzati come materie prime per la produzione di materie plastiche.

"Questo enzima potrebbe ispirare una nuova forma di chimica 'verde', ", ha detto il biochimico del Brookhaven Lab John Shanklin, che ha condotto la ricerca. "Forse possiamo adattare questa biomolecola per produrre sostanze chimiche utili nelle piante, o utilizzarlo come base per la progettazione di nuovi catalizzatori di ispirazione biologica per sostituire i più costosi, catalizzatori tossici attualmente in uso."

Shanklin e il suo team hanno pubblicato un articolo che descrive la ricerca sulla rivista Fisiologia vegetale .

Il team ha fatto la scoperta nel corso della loro ricerca in corso sugli enzimi che desaturano gli oli vegetali. Questi enzimi desaturasi eliminano gli atomi di idrogeno da specifici atomi di carbonio adiacenti in una catena di idrocarburi e inseriscono un doppio legame tra quegli atomi di carbonio. Il gruppo di Shanklin aveva precedentemente creato una versione tripla mutante di un enzima desaturasi con proprietà interessanti, e stavano studiando le tre mutazioni separatamente per vedere cosa faceva ciascuna.

Si è scoperto che due dei singoli enzimi mutanti rimuovevano il doppio legame tra atomi di carbonio adiacenti e aggiungevano un "OH" (gruppo ossidrile) a ciascun carbonio per produrre un acido grasso con due gruppi ossidrilici adiacenti.

Acidi grassi contenenti tali gruppi OH adiacenti, conosciuti come dioli, sono componenti chimici importanti per la produzione di lubrificanti, come quelli che fanno funzionare bene i motori caldi. Possono anche essere convertiti in elementi costitutivi per la produzione di plastica o altri prodotti di base.

"I dioli sono prodotti chimici industriali davvero importanti, ma produrli artificialmente in laboratorio è piuttosto problematico, "Ha detto Shanklin.

I migliori catalizzatori industriali per questa reazione sono costosi, altamente volatile, e tossico, ha notato.

Un altro problema è che ci sono forme distinte di dioli, ed è difficile per i chimici creare un'unica forma pura.

"I mutanti enzimatici che abbiamo scoperto formano naturalmente un'unica forma, quindi è pronto per l'uso senza ulteriori elaborazioni o sprechi, "Ha detto Shanklin.

Tracciare le origini degli atomi di ossigeno nei due gruppi OH ha rivelato che entrambi provenivano dalla stessa molecola di ossigeno (O?). La capacità di trasferire entrambi gli atomi di ossigeno da un singolo O? molecola durante una reazione, nota come chimica "diossigenasi", è stata una sorpresa per un enzima "diiron" (uno con due atomi di ferro nel suo sito attivo).

"La chimica della diossigenasi non è stata precedentemente segnalata per gli enzimi diferro, "Ha detto Shanklin. "Abbiamo dovuto eseguire alcuni esperimenti tecnicamente impegnativi per fornire una prova incontrovertibile che questo stava effettivamente accadendo, e senza la creatività e la tenacia di Ed Whittle, non avremmo completato questo studio."

Whittle, l'autore principale dell'articolo (ora in pensione dal Brookhaven Lab), ha lavorato diligentemente a questo progetto per un periodo di anni nel laboratorio di Shanklin per inchiodare questa importante nuova scoperta.

Il prossimo obiettivo del team è ottenere una struttura cristallina di questo enzima utilizzando i raggi X presso la National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE presso il Brookhaven Lab.

"Condivideremo queste informazioni strutturali con i nostri colleghi di chimica computazionale per capire i dettagli di come questa chimica senza precedenti può verificarsi con questa classe di catalizzatori".

Questo lavoro potrebbe aiutare il team a imparare come controllare la configurazione dei catalizzatori realizzati in laboratorio per imitare la versione derivata dalle piante.

"Se possiamo incorporare ciò che abbiamo imparato nella progettazione di catalizzatori industriali, quelle reazioni potrebbero produrre prodotti più puri con meno rifiuti ed evitare l'uso di sostanze chimiche tossiche, "Ha detto Shanklin.