Enzimas: son los impulsores centrales de los procesos metabólicos bioquímicos en todas las células vivas, permitiendo que las reacciones tengan lugar de manera eficiente. Es esta habilidad la que les permite ser utilizados como catalizadores en biotecnología, por ejemplo, para crear productos químicos como productos farmacéuticosUn tema que actualmente se debate ampliamente es la catálisis fotoinducida, en la que los investigadores aprovechan la capacidad de la naturaleza para iniciar reacciones bioquímicas con la ayuda de la luz. Lo que necesitan para este propósito son las enzimas que se pueden activar por medio de la luz.Sin embargo, no es una cuestión simple incorporar las pocas enzimas activables por la luz de origen natural en los procesos biotecnológicos, ya que son altamente especializadas y difíciles de manipular.
Investigadores de las Universidades de Münster Alemania y Pavía Italia han identificado ahora una enzima que se vuelve catalíticamente activa cuando se expone a la luz azul y que desencadena inmediatamente una reacción hasta ahora desconocida en enzimología. La reacción en cuestión es una reacción especial de monooxigenasa, en el que se transfiere un átomo de oxígeno al sustrato. La reacción es apoyada por una "molécula auxiliar" que suministra dos electrones por etapas. Hasta ahora, se suponía que tal reacción dependiente de la luz no puede ocurrir en las enzimas.
"La enzima que hemos identificado pertenece a una familia muy grande de enzimas, y es realista suponer que se pueden producir otras enzimas, por medio de manipulaciones genéticas, que también pueden ser activadas por la luz y que pueden usarse en unmuy amplia gama de aplicaciones ", dice el Dr. Steffen L. Drees, quien dirigió el estudio y trabaja en el Instituto de Microbiología y Biotecnología Molecular de la Universidad de Münster. Una posible aplicación, por ejemplo, es en el campo de la medicina, donde los productos farmacéuticos podríanactivarse mediante luz. El estudio ha sido publicado en la revista " Comunicaciones de la naturaleza . "
antecedentes y método
En su estudio, los investigadores investigaron la enzima PqsL, que se encuentra en el patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa y, originalmente, no depende de la luz. Los investigadores estimularon la enzima con luz azul y analizaron la reacción usando, por ejemplo, uncombinación de técnicas espectroscópicas y cristalográficas de resolución temporal.
La enzima examinada pertenece a la familia de las flavoproteínas y, típicamente para esta familia de proteínas usa un derivado de la vitamina B2 como el llamado cofactor para catalizar la incorporación de oxígeno en las moléculas orgánicas. El cosustrato NADH nicotinamida reducidael dinucleótido de adenina se necesita como una "molécula auxiliar" para la reacción enzimática, proporcionando los electrones necesarios. Sin embargo, el mecanismo de reacción que observaron los investigadores en su estudio es nuevo y, hasta ahora, único. Se activa por la exposición a la luz en la flavina.-NADH complejo, NADH transfiere un solo electrón a la flavina unida a proteínas. De esta manera, se crea un radical flavina, una molécula altamente reactiva que se caracteriza por un electrón no apareado. Mediante espectroscopía de resolución temporal, los investigadores pudieronobserve cómo se formó la molécula y cambió su estado.
El radical flavina tiene un potencial redox muy negativo, lo que significa que tiene una gran capacidad para transferir electrones a los compañeros de reacción. "Debido a esta propiedad, asumimos que el radical flavina también puede permitir que tengan lugar reacciones adicionales que se expandiríanel potencial catalítico de esta enzima, así como también de otras enzimas, tal vez ", dice la líder del grupo, Prof. Susanne Fetzner.
La enzima identificada es la única hasta ahora que no es naturalmente fotoactiva, y lleva a cabo una reacción independiente de la luz en la célula bacteriana. "La estructura tridimensional de la enzima muestra que el cofactor de flavina que mira hacia afuera podríaser la clave para la fotoactivación ", dice Simon Ernst, primer autor del estudio.
Las enzimas fotoactivas permiten una gran cantidad de aplicaciones, por ejemplo, catálisis de múltiples pasos en una reacción de un vaso o catálisis resuelta espacialmente, por ejemplo, para funcionalizar superficies en ciertos patrones. También pueden ser útiles para la llamada activación de profármacosen el cuerpo o en la piel: un proceso en el que una sustancia farmacológica se activa solo después de la metabolización en el organismo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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