Os pesquisadores detalharam a estrutura e a função da enzima óxido de estireno isomerase, uma ferramenta que permite a química verde ao facilitar o equivalente biológico da reação de Meinwald. A capacidade desta enzima de produzir produtos específicos com alta eficiência e estereoespecificidade possui um potencial significativo para as indústrias química e farmacêutica, prometendo processos mais sustentáveis e ecologicamente corretos. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com
Cientistas do Instituto Paul Scherrer (PSI) caracterizaram pela primeira vez com precisão a enzima óxido de estireno isomerase, que pode ser usada para produzir produtos químicos valiosos e precursores de drogas de maneira ecologicamente correta. O estudo aparece hoje na revista Química da Natureza.
As enzimas são biomoléculas poderosas que podem ser usadas para produzir muitas substâncias em condições ambientais. Eles permitem a química “verde”, que reduz a poluição ambiental resultante de processos utilizados na química sintética. Uma dessas ferramentas da natureza foi agora caracterizada em detalhes pelos pesquisadores do PSI: a enzima óxido de estireno isomerase. É a versão biológica da reação de Meinwald, uma importante reação química na química orgânica.
“A enzima, descoberta há décadas, é produzida por bactérias”, diz Richard Kammerer, do Laboratório de Pesquisa Biomolecular da PSI. O seu colega Xiaodan Li acrescenta: “Mas como a forma como funciona não era conhecida, a sua aplicação prática tem sido limitada até agora.” Os dois pesquisadores e sua equipe elucidaram a estrutura da enzima e também seu funcionamento.
Mecanismo simples para uma reação complicada
Os microrganismos possuem enzimas específicas com as quais podem, por exemplo, decompor substâncias nocivas e utilizá-las como nutrientes. A isomerase do óxido de estireno é uma delas. Juntamente com duas outras enzimas, permite que certas bactérias ambientais cresçam no hidrocarboneto estireno.
A isomerase do óxido de estireno catalisa uma etapa muito específica da reação: ela divide um anel de três membros no óxido de estireno que consiste em um átomo de oxigênio e dois átomos de carbono, o chamado epóxido. Assim, a enzima é altamente específica e cria apenas um produto. Também é capaz de converter uma série de substâncias adicionais, produzindo precursores importantes para aplicações médicas.
Xiaodan Li e Richard Kammerer caracterizaram pela primeira vez uma enzima que pode se tornar uma ferramenta importante para a economia circular. O monitor mostra uma representação esquemática da parte chave do centro ativo desta enzima. Crédito: Instituto Paul Scherrer/Markus Fischer
Uma vantagem particular tem a ver com o fato de que em muitas reações químicas se formam tanto uma imagem quanto uma imagem espelhada de um composto químico, que pode ter efeitos biológicos completamente diferentes. Mas esta enzima cria especificamente apenas um dos dois produtos. Em química, essa propriedade é chamada de estereoespecificidade – é particularmente importante para a geração de moléculas precursoras de medicamentos. “A enzima é um exemplo impressionante de como a natureza torna possíveis reações químicas de uma forma simples e engenhosa”, diz Xiaodan Li.
Extremamente útil nas indústrias química e farmacêutica
No decurso das suas investigações, que conduziram em parte na Swiss Light Source SLS, os pesquisadores do PSI descobriram o segredo da enzima: um grupo contendo ferro em seu interior, semelhante ao pigmento que contém ferro em nossos glóbulos vermelhos. Este grupo heme se liga ao anel epóxido e é assim que torna a reação tão simples e eficiente. Outras partes das investigações foram realizadas pelo grupo de Volodymyr Korkhov, também do Laboratório de Pesquisa Biomolecular do PSI e professor associado do Departamento de Biologia da ETH Zurique, por meio de microscopia crioeletrônica.
Xiaodan Li e Richard Kammerer têm certeza de que a enzima será extremamente útil nas indústrias química e farmacêutica. “Até agora é a única enzima bacteriana conhecida por catalisar a reação de Meinwald”, enfatiza Richard Kammerer. Com a ajuda da enzima, a indústria poderia produzir precursores de medicamentos e produtos químicos importantes em condições de poupança de energia e amigas do ambiente.
Xiaodan Li acrescenta: “A enzima poderia ser potencialmente alterada para produzir muitas substâncias novas”. Além disso, a enzima é muito estável e, portanto, adequada para aplicações industriais em larga escala. “Certamente se tornará uma ferramenta nova e importante para a economia circular e a química verde”, estão convencidos os investigadores do PSI.
Referência: “Base estrutural do rearranjo de Meinwald catalisado pela isomerase de óxido de estireno” 14 de maio de 2024, Química da Natureza.
DOI: 10.1038/s41557-024-01523-y
