Universitat de Girona > Químics de la UdG participen en el disseny d’un enzim i protagonitzen la portada de Nature Chemistry
Anar al contingut (clic a Intro)
UdG Home UdG Home
UdG 30 anys
Tancar
Menú

Universitat de Girona

Químics de la UdG participen en el disseny d’un enzim i protagonitzen la portada de Nature Chemistry

L’equip de l’IQCC ha descrit un mètode innovador per crear nous enllaços carboni-nitrogen de manera molt selectiva i eficient, que pot tenir aplicacions en el camp farmacèutic i industrial.

Un equip científic de l’Institut de Química Computacional i Catàlisi (IQCC) de la Universitat de Girona (UdG) liderat per l’investigador Marc Garcia-Borràs ha participat en un estudi que reporta un mètode innovador per crear nous enllaços carboni-nitrogen de manera molt selectiva i eficient, amb aplicacions en el camp farmacèutic i industrial. L’estudiant de doctorat Carla Calvó-Tusell és l’autora principal de la contribució de l’equip de l’IQCC. La formació selectiva d’aquests enllaços carboni-nitrogen és molt important per a la síntesi de nous compostos bioactius i farmacològics. Per aconseguir-ho, s’ha dissenyat un nou enzim capaç de catalitzar aquestes transformacions químiques en condicions molt suaus.

Aquest projecte és una col·laboració entre el grup de recerca del California Institute of Technology (Estats Units) liderat per la professora Frances H. Arnold (Premi Nobel de Química 2018) i el grup de recerca liderat per l’investigador Ramón y Cajal de l’IQCC Marc Garcia-Borràs i l’estudiant de doctorat Carla Calvó-Tusell.

Què són els enzims i per a què serveixen?
Els enzims són biomolècules presents a la natura, formen part de totes les cèl·lules dels éssers vius, i acceleren tota mena de reaccions químiques involucrades en processos biològics essencials per a la vida. Les molècules o compostos que acceleren les reaccions químiques s’anomenen catalitzadors.

Aquests enzims, que funcionen d’una manera molt eficient a la natura, es poden modificar per tal que catalitzin altres tipus de reaccions, és a dir, que puguin dur a terme reaccions no-naturals. Això és el que es coneix com a biocatàlisi: l’ús de biomolècules per a catalitzar reaccions d’interès sintètic. Els biocatalitzadors ofereixen avantatges respecte a altres tipus de catalitzadors: poden treballar en condicions ambientals de temperatura i pressió, en medi aquós, i permeten reduir el nombre d’etapes de purificació i tractament dels productes. Tot això permet reduir el temps i els costos d’aquests processos químics i l’impacte que poden tenir en el medi ambient, essent molt interessant per a la indústria i la societat.

En aquest estudi s’ha modificat un enzim citocrom P450 perquè pugui catalitzar de manera eficient la formació d’enllaços carboni-nitrogen entre diferents compostos. Els enzims són molècules formades per una cadena d’aminoàcids i, per a modificar aquests enzims al laboratori, s'introdueixen canvis a la seva seqüència aminoacídica per tal de donar-li aquesta nova funció. Aquests canvis es poden introduir de manera aleatòria, generant múltiples enzims amb seqüències aminoacídiques diferents de l’enzim inicial. D’aquests enzims modificats, se’n pot seleccionar aquell que mostra una major eficiència catalítica envers la reacció d’interès. El desenvolupament d’aquesta tècnica, coneguda com a evolució dirigida, ha sigut guardonat recentment amb el Premi Nobel de Química, l’any 2018.


Aportació de la UdG

L‘equip de recerca liderat per l’investigador Ramón y Cajal Marc Garcia-Borràs està especialitzat en l’ús de mètodes de química computacional per a l’estudi, a nivell atòmic, de reaccions químiques que tenen lloc dins dels enzims.



En aquest treball, les investigadores de la UdG, l’estudiant de doctorat Carla Calvó-Tusell i Marc Garcia-Borràs, han pogut descriure a nivell molecular com aquesta reacció pot tenir lloc dins del centre actiu de l’enzim original i l’enzim evolucionat. Les simulacions computacionals permeten visualitzar els passos de la reacció catalitzada per l’enzim a nivell atòmic, descrivint pas a pas com la reacció química va tenint lloc, i entendre així quin és el paper de l’enzim i dels nous aminoàcids que s’han introduït durant l’evolució al laboratori.

Aquesta informació és molt rellevant per descriure perquè aquesta reacció no-natural pot tenir lloc de manera tan selectiva i eficient o perquè uns substrats funcionen millor que d’altres, i pot ser utilitzada per al disseny racional de nous enzims. El disseny racional d’enzims requereix un coneixement previ tant de l’estructura de l’enzim com del mecanisme de la reacció que es vol catalitzar, per així poder predir quins canvis a l’estructura de l’enzim són necessaris per millorar-ne l’activitat envers aquesta nova reacció.

Gràcies al coneixement adquirit sobre aquest enzim i reacció, actualment s’estan dissenyant de manera racional noves variants enzimàtiques que ofereixen noves reactivitats per a la formació selectiva d’enllaços carboni-nitrogen, útils per a la indústria química i farmacèutica.

Portada a Nature Chemistry
L’article s'ha publicat el passat mes de desembre a la revista Nature Chemistry. A més a més, l’estudi ha estat destacat a la portada de la revista en el número de desembre de 2021. La portada ha estat dissenyada per la Carla Calvó-Tusell i il·lustra l’evolució d’aquests enzims al laboratori, on cada disseny es representa en un full diferent, fins que finalment s’aconsegueix el disseny de l’enzim que és més selectiu i eficient per la reacció estudiada.

Article: Liu, C. Calvó-Tusell, A.Z. Zhou, K. Chen, M. Garcia-Borràs, and F.H. Arnold. “Dual-function enzyme catalysis for enantioselective carbon–nitrogen bond formation”. Nat. Chem. 2021, 13, 1166-1172 DOI: 10.1038/s41557-021-00794-z. https://rdcu.be/czIQe

 

Notícies relacionades

Escull quins tipus de galetes acceptes que el web de la Universitat de Girona pugui guardar en el teu navegador.

Les imprescindibles per facilitar la vostra connexió. No hi ha opció d'inhabilitar-les, atès que són les necessàries pel funcionament del lloc web.

Permeten recordar les vostres opcions (per exemple llengua o regió des de la qual accediu), per tal de proporcionar-vos serveis avançats.

Proporcionen informació estadística i permeten millorar els serveis. Utilitzem cookies de Google Analytics que podeu desactivar instal·lant-vos aquest plugin.

Per a oferir continguts publicitaris relacionats amb els interessos de l'usuari, bé directament, bé per mitjà de tercers (“adservers”). Cal activar-les si vols veure els vídeos de Youtube incrustats en el web de la Universitat de Girona.