Descripció del projecte
Els enzims són catalitzadors extremadament eficients de reaccions biològiques, mantenint molt elevades la regio- i estereoespecificitat, i molt alts rendiments, sense pràcticament productes secundaris i en condicions de reacció molt suaus (fisiològiques). Per contra, la major part de reaccions químiques d’interès industrial tenen lloc en condicions molt dràstiques (altes temperatures i/o pressions), gran despesa energètica, baixos rendiments i baixes regio- i estereoespecificitat, produïnt a més molts productes secundaris contaminants.
La Biocatàlisi o catàlisi biomolecular consisteix en utilitzar enzims per catalitzar reaccions químiques industrials de forma ràpida, barata i neta. Evidentment, els enzims naturals no són adequats per catalitzar reaccions químiques industrials. Per tant, es tracta de crear nous enzims (enzyme engineering), fonamentalment derivats dels naturals mitjançant les mutacions adients, per tal de que siguin capaços d’actuar com a eficients biocatalitzadors de reaccions químiques industrials.
El present projecte de recerca es centra en les lipoxigenases. Les lipoxigenases (LOXs) son metaloenzims que contenen un àtom de ferro no hèmic i que catalitzen la incorporació d’oxigen molecular a diferents àcids grassos poliinsaturats de forma extraordinàriament regio- i estereoespecífica. La primera etapa de la reacció consisteix en una abstracció d’hidrogen d’un dels metilens bisalílics del substrat per part del cofactor Fe(III)-OH-.
Per tant, les lipoxigenases poden ser útils tant en reaccions d’oxigenació con en reaccions en les quals es necessiti activar enllaços C-H. Existeixen diverses lipoxigenases, moltes d’elles d’un gran interès farmacològic, per exemple: 5-LOX, 8R-LOX, 12-LOX, 13-LOX i 15-LOX. D’altra banda, els productes de les LOXs condueixen a metabòlits d’extraordinària importància en els processos inflamatoris.
L’objectiu central d’aquest projecte de recerca és el disseny racional de nous processos basats en LOXs convenientment modificades, que puguin substituir de forma molt més eficient a diversos processos químics industrials que actualment es realitzen amb baixos rendiments. Per a tal fi, en el Departament de Química de la UAB realitzarem simulacions biomoleculars en clústers de gran potència de càlcul i memòria, emprant mètodes de Docking, Dinàmica Molecular i càlculs Quantum Mechanics/Molecular Mechanics (QM/MM) sobre reaccions catalitzades per LOXs naturals i convenientment mutades, completes i solvatades. Aquest treball de disseny teòric es complementarà experimentalment a la empresa Biochemize, on s’expressaran els enzims dissenyats i es comprovarà la seva efectivitat como a biocatalitzadors de les reaccions d’interès. A partir de la informació experimental obtinguda, es pot començar de nou la fase teòrica per mirar de refinar el disseny i tornar després a la fase experimental, de manera que després de varis cicles es tingui ja un enzim artificial suficientment eficient i patentable.
