Un nuevo proceso químico facilita la síntesis de aminoácidos que no se encuentran en la naturaleza

Cada proteína de su cuerpo está formada por los mismos 20 componentes básicos llamados aminoácidos. Pero el hecho de que la naturaleza esté estancada con un conjunto limitado de herramientas no significa que los humanos no puedan ampliarlo.

Un estudio publicado en la revista Science el 27 de julio por un equipo que incluye a químicos de Pitt describe una nueva y poderosa forma de crear aminoácidos «no naturales», que podrían usarse en terapias basadas en proteínas y abrir nuevas ramas de la química orgánica.

«Este es un giro completamente nuevo: nuevo para la naturaleza y nuevo para la química», dijo Ping Liu, profesor de química en la Facultad de Artes y Ciencias Kenneth B. Dietrich y autor correspondiente del artículo. «Decirle a una enzima que cree una conformación de aminoácidos no natural es inusual, y hay que hacerlo mediante una bioingeniería cuidadosa».

Cambie solo una parte de una proteína más grande y podrá cambiar su apariencia y su función, por lo que los aminoácidos no naturales prometen abrir nuevos tipos de tratamientos, como antibióticos o inmunosupresores que utilizan las proteínas o sus primos más pequeños.

Sin embargo, crear tales moléculas en el laboratorio es un proceso laborioso que consta de varios pasos: las piezas de aminoácidos que se unen para formar una cadena proteica deben protegerse, mientras que los investigadores transforman químicamente el resto de la molécula. Sin embargo, la reacción descrita en el nuevo artículo es más simple y eficiente, y proporciona a los químicos un nivel de control sin precedentes sobre cómo se orientan los grupos de átomos en la molécula resultante.

También utiliza una herramienta química, la enzima PLP, de una forma inusual. Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones y, por lo general, incluso cuando la bioingeniería modifica sus funciones, todo lo que pueden hacer es acelerar procesos químicos conocidos que los químicos pueden lograr de otras maneras, aunque más lentas. Pero cuando se combina con un catalizador molecular sensible a la luz, la enzima involucrada en esta nueva reacción puede lograr mucho más.

«Se podría argumentar que las enzimas creadas mediante bioingeniería proporcionan una mayor eficiencia que los catalizadores de moléculas pequeñas, pero catalizan la misma reacción», dijo Liu, en la foto de la derecha. «Pero ésta es una reacción completamente nueva. Simplemente no existía antes».

El grupo de Liu utiliza simulaciones por computadora para descubrir la compleja danza que ocurre en una reacción química a nivel de átomos y electrones, agregando el «por qué» al «qué» que descubren los grupos que realizan los experimentos. En este artículo, el investigador postdoctoral de Liu y Pitt, Binh Khanh Mai, en la foto de la izquierda, trabajaron con un equipo de investigadores de la UC Santa Bárbara dirigido por Yang Yang, una colaboración que se ha fortalecido desde 2014, cuando Yang pasó el verano en el laboratorio. Liu como investigador. Estudiante de posgrado visitante.

Liu y Mai profundizan en los datos proporcionados por el grupo de Yang para comprender cómo y por qué ocurrió la reacción, desconcertantes pasos intermedios invisibles para los químicos. En un paso, el dúo observó especialmente de cerca cómo un electrón tiene que recorrer una distancia inusualmente larga en su camino entre dos moléculas. «Tuvimos que modelar cuidadosamente la probabilidad de que esto sucediera porque se trata de un nuevo paso en la naturaleza y sustenta todo el mecanismo de reacción», dijo Liu.

Estos modelos están respaldados por una enorme potencia informática. Liu cita el Centro Pitt para la Investigación en Computación como clave para el éxito del laboratorio, ya que las complejas simulaciones que realiza el grupo para comprender las complejidades de las reacciones químicas requieren tiempo con supercomputadoras sofisticadas y potentes.

Sin embargo, todavía quedan preguntas sin respuesta y este documento es sólo el primer paso de una serie de colaboraciones entre los dos equipos. Si pueden comprender mejor por qué ocurre la reacción inusual, el equipo de Liu podría desbloquear la capacidad de aprovecharla en diferentes contextos para crear una amplia gama de herramientas químicas, nuevos medicamentos y más.

«Puedes pensar en cuántos tipos diferentes de aminoácidos no naturales puedes producir, son casi ilimitados», dijo Liu. «Entonces, ¿podemos utilizar esta información para desarrollar también otras reacciones nuevas?»

Síntesis selectiva de aminoácidos mediante biocatálisis fotorradical sinérgica de piridoxal.Ciencias

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