La natura utilizza gli enzimi per vari processi metabolici. Questi catalizzatori biologici sono estremamente efficienti. I catalizzatori biomimetici basati su materiali di partenza economici provenienti dal laboratorio che possono riprodurre l'efficienza degli enzimi naturali e possono funzionare in condizioni ambientali sono quindi di grande interesse per la ricerca e l'industria.
In un progetto guidato dall'Istituto di Chimica della Humboldt-Universität zu Berlin (HU), i ricercatori hanno studiato un gruppo speciale di catalizzatori biologici noti come ossidasi. Questi enzimi catalizzano varie reazioni di ossidazione, in cui gli elettroni vengono rilasciati da una sostanza e assorbiti da un'altra. Particelle piccole e altamente reattive, i cosiddetti radicali, svolgono spesso un ruolo importante in questi processi.
L'enzima di interesse attuale è la galattosio ossidasi presente in molti tipi di funghi, dove un radicale fenossilico viene utilizzato come ossidante. Il team guidato dal ricercatore HU Kallol Ray ha ora trovato un modo per utilizzare il radicale fenossilico in laboratorio in modo tale da aumentare significativamente la capacità di ossidazione.
Nell'enzima presente in natura, il radicale fenossilico è stabilizzato da un atomo di zolfo, che ne limita la capacità di ossidazione. I ricercatori hanno ora migliorato la capacità di ossidazione attaccando un radicale fenossilico non modificato al ferro e hanno caratterizzato chimicamente questo radicale ferro-fenossilico per la prima volta. Il team di Ray ha collaborato a questo progetto con colleghi dell'Università Tecnica di Berlino e dell'Università del Michigan, negli Stati Uniti.
Il lavoro è pubblicato sulla rivista Nature Chemistry .
"Ci aspettiamo che il nostro lavoro costituisca il punto di partenza per sforzi più mirati volti a utilizzare l'interazione ferro-radicale fenossilico per varie reazioni biochimiche", afferma Ray. "Ciò può supportare lo sviluppo di nuovi catalizzatori necessari per tecnologie energetiche alternative e altre applicazioni biotecnologiche."
I risultati della ricerca di Ray e del suo team sono di grande importanza sia a livello di ricerca che applicativo, poiché la reazione catalizzata dalla galattosio ossidasi (ossidazione di un alcol primario alla corrispondente aldeide) è una delle reazioni chimiche più importanti e più utilizzate in materia organica. sintesi.
I risultati potrebbero essere utilizzati anche nell’industria per convertire il gas metano, dannoso per il clima, in metanolo liquido. A differenza del metano, che è un gas volatile e quindi difficile da maneggiare, il metanolo è facile da trasportare e può essere utilizzato come combustibile sintetico. Attualmente è necessaria una grande quantità di energia per convertire il metano in metanolo. La reazione chimica avviene solo a temperature elevate (> 500 gradi Celsius) e ad alta pressione. I catalizzatori biomimetici potrebbero ridurre significativamente questo input energetico.
"In questo progetto, è stato emozionante vedere l'inaspettata somiglianza strutturale e funzionale del nostro sistema sintetico con gli enzimi naturali", afferma Dustin Kass, Ph.D. studente del gruppo di ricerca di Kallol Ray e autore principale di questo studio.
Ulteriori informazioni: Dustin Kass et al, Intrappolamento di un radicale fenossilico in un centro di ferro (II) ad alto spin non eme, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01405-9
Fornito dall'Università Humboldt di Berlino
