Il dottorando e primo autore, Santanu Mondal, abbozza una reazione del piruvato, usando come riferimento un modello del suo sistema di catalizzatori organici di nuova concezione. Credito:OIST
I chimici dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno sviluppato un catalizzatore organico in grado di guidare reazioni utilizzando il piruvato, una biomolecola chiave in molte vie metaboliche, che sono difficili e complicate da ottenere utilizzando le tecniche industriali convenzionali.
La ricerca, recentemente pubblicata su Lettere organiche , è un passo importante verso la semplificazione del processo di produzione e l'aumento della gamma di molecole che possono essere costruite dal piruvato, come gli aminoacidi o gli acidi glicolici, che vengono utilizzate nella ricerca di farmaci e nei farmaci.
"I catalizzatori, sostanze che controllano e accelerano le reazioni chimiche senza essere inclusi nei prodotti finali, sono strumenti cruciali per i chimici", ha affermato Santanu Mondal, Ph.D. candidato all'Unità di Chimica e Bioingegneria Chimica dell'OIST e primo autore dello studio. "E i catalizzatori organici, in particolare, sono destinati a rivoluzionare il settore e rendere la chimica più sostenibile."
Attualmente, nell'industria vengono utilizzati catalizzatori metallici, che sono spesso costosi da ottenere e produrre rifiuti pericolosi. I catalizzatori metallici reagiscono facilmente anche con aria e acqua, rendendoli difficili da conservare e manipolare. Ma i catalizzatori organici sono formati da elementi comuni, come carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, quindi sono molto più economici, più sicuri e più rispettosi dell'ambiente.
"Oltre a questi vantaggi, il nostro sistema di catalizzatori organici di nuova concezione promuove anche reazioni utilizzando il piruvato che non sono facilmente ottenibili utilizzando catalizzatori metallici", ha aggiunto Santanu.
In tutte le reazioni chimiche, ha spiegato, le molecole possono reagire cedendo elettroni o ricevendoli. Il piruvato è molto più efficace nel ricevere elettroni quando reagisce ed è tipicamente utilizzato in questo modo nell'industria, per produrre alcoli organici e solventi. Ma all'interno del nostro corpo, i catalizzatori proteici chiamati enzimi possono guidare reazioni in cui il piruvato dona elettroni per produrre molecole come acidi grassi e amminoacidi.
Ispirandosi a questi enzimi, i ricercatori hanno progettato un sistema catalizzatore composto da due piccole molecole organiche, un acido e un'ammina, che costringe il piruvato ad agire come donatore di elettroni.
Nella reazione, l'ammina si lega al piruvato, formando una molecola intermedia. L'acido poi ricopre parte della molecola intermedia, lasciandone un'altra parte, che può donare elettroni, libera di reagire e formare un nuovo prodotto.
È importante sottolineare che il sistema catalitico è altamente selettivo su quale forma del prodotto produrrà. Come le nostre mani, molte biomolecole sono asimmetriche e possono esistere in due forme che sono immagini speculari l'una dell'altra. Queste molecole sembrano simili, ma spesso hanno proprietà diverse.
"I catalizzatori organici possono essere progettati in modo tale che, alla fine della reazione, venga creata solo una di queste forme di immagine speculare", ha affermato Santanu. "Ciò è particolarmente vantaggioso nell'industria farmaceutica, dove una delle forme può essere un trattamento efficace, ma l'altra forma può essere tossica."
Per le reazioni del piruvato, i ricercatori sono stati in grado di scegliere selettivamente quale delle due forme di immagine speculare del prodotto finale realizzare, cambiando quale forma di immagine speculare dell'ammina è stata utilizzata per catalizzare la reazione.
Attualmente, il sistema catalizzatore organico funziona solo quando il piruvato fa reagire con una classe specifica di molecole organiche, chiamate immine cicliche. Ma alla fine, il team di ricerca sogna di creare un catalizzatore di nuova generazione per il piruvato che sia universale, il che significa che può accelerare le reazioni tra il piruvato e un'ampia gamma di molecole organiche.
"Con un catalizzatore universale, i chimici sarebbero in grado di creare facilmente una serie di vari prodotti dal piruvato, in entrambe le forme di immagine speculare", ha affermato Santanu. "Ciò avrebbe molti impatti significativi sulla società, come l'accelerazione dello sviluppo di nuovi farmaci". + Esplora ulteriormente
