Los investigadores han despejado un obstáculo hacia la limpieza ambiental de ciertos contaminantes con una enzima sintética de nuevo diseño que reduce el sulfito compuesto a sulfuro, una reacción química de varios pasos notoriamente compleja que ha eludido a los químicos durante años.
en el diario ciencia , los químicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign describieron su enzima que contiene dos centros diferentes que contienen hierro unidos entre sí por una sola enzima.
La reducción de sulfito, una reducción de oxidación común, o reacción redox, puede interferir con la limpieza de una clase importante de contaminantes ambientales, incluidos nitrato, arseniato y perclorato. Estos contaminantes ingresan al medio ambiente como subproductos de la producción de combustible para cohetes,municiones y fertilizantes. El sulfito también ocurre naturalmente e interfiere con la eliminación de compuestos más tóxicos, y los químicos no han podido crear catalizadores para eliminar el sulfito porque requiere múltiples pasos de reacciones usando un sitio activo complejo que es difícil de diseñar y sintetizar.
"Muchas reacciones bioquímicas requieren una serie de enzimas que trabajan juntas para llevar a cabo reacciones de varios pasos, pero la reducción de sulfito usa solo una enzima, llamada sulfito reductasa, que hace todo el trabajo", dijo Yi Lu, profesor de química en Illinois."La naturaleza creó una estructura enzimática muy compleja para manejar esta reacción química, y los investigadores no han podido replicarla hasta ahora".
Los grupos anteriores que han intentado construir una enzima reductora de sulfito sintética se han concentrado en hacer modelos estructurales que se vean como el sitio activo de las enzimas nativas, dijo el estudiante graduado de química Evan Mirts. Para este estudio, el equipo utilizó una enzima como andamiopara anclar grupos de átomos de hierro y azufre que se comportan como pequeñas baterías moleculares, transfiriendo los electrones necesarios para impulsar la reacción redox.
"Creo que tuvimos éxito porque nos enfocamos en la funcionalidad de nuestra enzima sintética, no en reconstruir la estructura más simple posible", dijo Mirts. "Consideramos las interacciones que generalmente se consideran secundarias o menos importantes para el redox en generalreacción. Resulta que estas interacciones son extremadamente importantes "
"Cuando tomamos en cuenta las llamadas interacciones más débiles en nuestra enzima diseñada, de repente vimos una actividad de reacción redox que era muy similar a la de la enzima reductora de sulfito que se produce naturalmente", dijo Lu, también un representante conjunto en los EE. UU.Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste del Departamento de Energía.
El equipo visualiza su enzima recientemente desarrollada que inspira una nueva generación de catalizadores para ayudar a limpiar los desechos tóxicos en el medio ambiente y ayudar a mejorar la calidad de los productos derivados del petróleo.
"Aparte de las aplicaciones prácticas, creo que nuestro trabajo aquí ha avanzado la frontera del diseño de enzimas artificiales en términos de descifrar la complejidad de las reacciones redox y diseñar catalizadores multifactoriales con una actividad muy alta", dijo Lu. "Con la demostración exitosa de estosistema, ahora podemos comenzar a diseñar muchas otras enzimas multicofactor que realizan reacciones aún más complejas y difíciles con las que solo podíamos soñar antes ".
Los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Y el DOE respaldaron este estudio a través del Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía y Bioproductos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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