Os cientistas criaram uma enzima que incorpora ácido borónico, que aumenta o seu poder catalítico e seletividade através da evolução dirigida, oferecendo uma alternativa mais sustentável às reações químicas tradicionais. Esta inovação não só acelera a catálise, mas também alcança alta enantiosseletividade, crucial para a produção de moléculas quirais necessárias em produtos farmacêuticos.
Borônico ácido tem sido utilizado na química orgânica há décadas, apesar de não ser encontrado em nenhum organismo vivo.
“Dá origem a reações químicas diferentes daquelas que encontramos na natureza”, explica Gerard Roelfes, professor de Química Biomolecular e Catálise na Universidade de Groningen. Seu grupo criou uma enzima com ácido borônico em seu centro reativo e depois utilizou a evolução dirigida para torná-la mais seletiva e melhorar seu poder catalítico.
Este é Gerard Roelfes, Professor de Química Biomolecular e Catálise na Universidade de Groningen e autor principal do artigo da Nature. Crédito: Universidade de Groningen
Além disso, as reações enzimáticas são mais sustentáveis do que as reações químicas clássicas, pois ocorrem a baixas temperaturas e sem solventes tóxicos. O estudo foi apresentado online na revista Natureza em 8 de maio.
A aplicação do boro na química orgânica remonta a cerca de setenta anos e foi galardoada com o Prémio Nobel da Química em 1979. Nos últimos anos, o interesse no boro como catalisador tem crescido, mas até agora a sua utilização na indústria química é limitada. Roelfes: ‘Até agora, a catálise do boro é muito lenta e não é muito adequada para reações enantiosseletivas.’
Esses tipos de reações são usados para criar moléculas quirais, que podem existir em duas versões que são imagens espelhadas uma da outra, como a esquerda e a direita. Em muitos medicamentos, ambas as “mãos” podem ter efeitos diferentes. É, portanto, importante produzir selectivamente a “mão” adequada, especialmente para a indústria farmacêutica.
Código genético expandido
‘Para tornar isso possível, decidimos introduzir boro em uma enzima. Nosso grupo tem uma longa história de desenvolvimento de enzimas que não existem na natureza”. O grupo Roelfes usou um código genético expandido para introduzir em uma enzima um aminoácido não natural que contém um grupo reativo de ácido borônico. ‘Usando esta técnica, podemos determinar no ADN nível onde colocamos o aminoácido em uma proteína.’
Esta é uma representação esquemática de como os químicos da Universidade de Groningen introduziram um aminoácido artificial contendo boro numa enzima. Crédito: Roefels Lab / Universidade de Groningen
Depois de fabricarem uma enzima com ácido borônico em seu centro reativo, eles poderiam usar a evolução direcionada para aumentar sua eficiência, resultando em uma catálise mais rápida. ‘Além disso, ao colocar o ácido borônico no contexto quiral de uma enzima, conseguimos alcançar uma catálise altamente enantiosseletiva.’ A reação descrita na revista Nature é uma “prova de princípio” e mostra o caminho para aproveitar o poder catalítico do boro em enzimas.
Biocatálise
O uso de enzimas para criar compostos orgânicos é importante para a indústria farmacêutica.
“No seu impulso para formas mais ecológicas e sustentáveis de produção de medicamentos, estão a olhar para a biocatálise para substituir as reações químicas convencionais”. Na Universidade de Groningen, estão a ser feitos esforços concertados para atingir este objectivo. “Temos vários grupos de investigação na Faculdade de Ciências e Engenharia envolvidos neste tipo de trabalho, utilizando diferentes abordagens para criar soluções biocatalíticas para a indústria química”. Neste contexto, Roelfes e sua equipe continuarão a desenvolver suas enzimas de ácido borônico e a criar outras enzimas novas na natureza.
Referência: “Boron catálise em uma enzima designer” por Lars Longwitz, Reuben B. Leveson-Gower, Henriëtte J. Rozeboom, Andy-Mark WH Thunnissen e Gerard Roelfes, 8 de maio de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07391-3
