Aminoácido glicina – Wikipedia
Cada proteína de su cuerpo está formada por los mismos 20 componentes básicos llamados aminoácidos. Pero el hecho de que la naturaleza esté equipada con un conjunto de herramientas limitado no significa que los humanos no puedan ampliarlo.
Un estudio publicado en Science el 27 de julio por un equipo de químicos de Pitt describe una nueva y poderosa manera de producir aminoácidos «no naturales», que podrían usarse en terapias basadas en proteínas y en nuevas formas de química orgánica.
«Este es un cambio completamente nuevo: nuevo para la naturaleza y nuevo para la química», dijo Peng Liu, profesor de química en la Escuela de Artes y Ciencias Kenneth P. Dietrich y autor correspondiente del artículo. «Decirle a una enzima que produzca una secuencia antinatural de un aminoácido es inusual, y hay que hacerlo con bioingeniería cuidadosa».
Cambie solo una parte de una proteína grande y podrá cambiar su apariencia y su función, por lo que los aminoácidos no naturales prometen abrir nuevos tipos de terapias como antibióticos o inmunosupresores dirigidos a proteínas o aquellos que usan sus primos más jóvenes.
Sin embargo, crear tales moléculas en el laboratorio es un proceso difícil que consta de varios pasos: los fragmentos de aminoácidos que se unen para formar una cadena de proteínas deben preservarse mientras los investigadores modifican químicamente el resto de la molécula. La reacción descrita en el nuevo artículo, sin embargo, es más simple y eficiente, y ofrece a los químicos un nivel de control sin precedentes sobre cómo se orientan los grupos de átomos en la molécula resultante.
También emplea una herramienta química, una enzima PLP, de una manera inusual. Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones; en general, incluso cuando sus funciones son alteradas por la bioingeniería, pueden acelerar todos los procesos químicos conocidos que los químicos pueden lograr en otros, aunque de manera lenta. Pero combinada con un catalizador molecular sensible a la luz, la enzima en esta nueva reacción puede lograr mucho más que eso.
«Se puede argumentar que las enzimas creadas mediante bioingeniería proporcionan un mejor rendimiento que los catalizadores de moléculas pequeñas, pero producen la misma reacción», dijo Liu, en la foto de la derecha. «Pero es una reacción completamente nueva. Simplemente no existía antes».
El grupo de Liu utiliza simulaciones por computadora para explorar la compleja danza que ocurre en las reacciones químicas a nivel de átomos y electrones, agregando el «por qué» al «qué» descubierto por los grupos que realizan experimentos. Para este artículo, Liu y el investigador postdoctoral Binh Khan 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 un verano en el laboratorio de Liu. Visita de estudiantes de posgrado.
Liu y Mai se sumergieron en los datos proporcionados por el grupo de Yang para comprender cómo y por qué ocurrió la reacción, desconcertando los pasos intermedios que son invisibles para los químicos. En un paso, el par parecía estar particularmente cerca: un electrón tendría que recorrer una distancia inusualmente larga en su camino entre las dos moléculas. «Tuvimos que modelar cuidadosamente la posibilidad porque este es un paso nuevo para la naturaleza y respalda todo el mecanismo de reacción», dijo Liu.
La base de estos modelos es una enorme potencia informática. Liu cita el Centro de Computación de Investigación de Pitt como un componente esencial en el éxito del laboratorio, ya que el grupo realiza simulaciones complejas para comprender las complejidades de las reacciones químicas, tiempo necesario con supercomputadoras modernas y potentes.
Sin embargo, las preguntas siguen sin respuesta y este documento es sólo el primer paso en la colaboración entre los dos equipos. Si pueden comprender mejor por qué ocurren reacciones inusuales, el grupo de Liu puede desbloquear el potencial para usarlas en una variedad de contextos para crear nuevas herramientas químicas, medicamentos y más.
«Puedes pensar en cuántos tipos diferentes de aminoácidos no naturales puedes producir; hay un número casi infinito», dijo Liu. «Entonces, ¿podemos utilizar esta información para desarrollar también otras respuestas nuevas?»
Síntesis estereoselectiva de aminoácidos mediante biocatálisis sinérgica de radicales fotoredox-piridoxal, ciencia
Astrobiología, Astroquímica
