El ácido borónico se utiliza en química orgánica desde hace décadas, aunque no está presente en ningún organismo. «Da lugar a reacciones químicas diferentes a las que encontramos en la naturaleza», explica Gerard Roelfes, profesor de Química Biomolecular y Catálisis de la Universidad de Groningen. Su grupo creó una enzima con ácido borónico en su centro reactivo y luego utilizó la evolución dirigida para hacerla más selectiva y mejorar su poder catalítico. Además, las reacciones enzimáticas son más sostenibles que las reacciones químicas clásicas, ya que tienen lugar a bajas temperaturas y sin disolventes tóxicos. El estudio fue presentado en línea en la revista. Naturaleza el 8 de mayo.
La aplicación del boro en química orgánica se remonta a unos setenta años y fue galardonada con el Premio Nobel de Química en 1979. En los últimos años, ha aumentado el interés por el boro como catalizador, pero hasta ahora su uso en la industria química es limitado. Roelfes: «Hasta ahora, la catálisis del boro es demasiado lenta y no es muy adecuada para reacciones enantioselectivas». Este tipo de reacciones se utilizan para crear moléculas quirales, que pueden existir en dos versiones que son imágenes especulares entre sí, como una mano izquierda y una derecha. En muchas drogas, ambas «manos» pueden tener un efecto diferente. Por lo tanto, es importante producir selectivamente la «mano» adecuada, especialmente para la industria farmacéutica.
Código genético ampliado.
«Para que esto sea posible, nos propusimos introducir boro en una enzima. Nuestro grupo tiene una larga trayectoria en el diseño de enzimas que no existen en la naturaleza.’ El grupo Roelfes utilizó un código genético ampliado para introducir en una enzima un aminoácido no natural que contiene un grupo de ácido borónico reactivo. «Con esta técnica podemos determinar a nivel del ADN dónde colocamos el aminoácido en una proteína».
Una vez que produjeron una enzima con ácido borónico en su centro reactivo, pudieron utilizar la evolución dirigida para aumentar su eficiencia, lo que resultó en una catálisis más rápida. «Además, al colocar el ácido borónico en el contexto quiral de una enzima, pudimos lograr una catálisis altamente enantioselectiva». La reacción que se describe en la revista. Naturaleza es una «prueba de principio» y muestra la manera de aprovechar el poder catalítico del boro en las enzimas.
Biocatálisis
El uso de enzimas para crear compuestos orgánicos es importante para la industria farmacéutica. «En su impulso hacia formas más ecológicas y sostenibles de producir medicamentos, están considerando la biocatálisis para reemplazar las reacciones químicas convencionales». En la Universidad de Groningen se están realizando esfuerzos concertados para lograr este objetivo. «Tenemos varios grupos de investigación en la Facultad de Ciencias e Ingeniería dedicados a este tipo de trabajo, utilizando diferentes enfoques para crear soluciones biocatalíticas para la industria química». En este contexto, Roelfes y su equipo continuarán desarrollando sus enzimas de ácido borónico y crearán otras enzimas nuevas para la naturaleza.