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Diseño de enzimas: las Diels-Alderasas

La reacción de Diels-Alder es de excepcional importancia en química orgánica puesto que es esteroespecífica y regioselectiva y permite obtener una multitud de compuestos cíclicos (incluso heterocíclicos) de gran utilidad en síntesis orgánica. No en vano, les valió a sus descubridores Otto Paul Hermann Diels y Kurt Alder el premio Nobel de química en 1950. La reacción requiere de un dieno conjugado y un dienófilo como reactivos. Se trata de una reacción concertada es decir, no presenta intermedios, y transcurre a través de un estado de transición cíclico.

Esta sencillez mecanística junto con la ausencia de la reacción en los organismos biológicos han motivado a los investigadores del grupo de Siegel a desarrollar un enzima de Novo que catalice dicha reacción. El artículo publicado en Science es un ejemplo de un trabajo excelente tanto a nivel teórico como experimental. El enzima fue diseñado in silico para catalizar una reacción Diels-Alder concreta (sustratos moderadamente solubles) estabilizando el estado de transición gracias a la formación de dos puentes de hidrógeno con los sustratos. Se utilizaron cálculos mecánico cuánticos para evaluar dicha estabilización generada por la modificación de la distribución electrónica. Tras esto se determinaron computacionalmente un centros catalíticos capaces de acomodar los sustratos en la dirección deseada y presentar los residuos catalíticos en la posición adecuada. La aproximación utilizada requiere de una esqueleto proteico como base que soporte el centro catalítico sin provocar grandes distorsiones en la estructura de la proteína. Tras obtener varias Diels-Alderasas, sintetizaron y purificaron dichas proteínas obteniendo con éxito enzimas solubles capaces de catalizar la reacción. El trabajo de Siegel et al se completa caracterizando cinéticamente las enzimas (que muestran una mayor eficiencia catalítica y estereoespecificidad que la reacción sin catalizar) y determinando las causas de las diferencias observadas en cuanto a la catálisis. El trabajo realiza los oportunos controles siendo uno de ellos el determinar la estructura de las proteínas sintetizadas para evaluar como de coherentes son con los modelos computacionales. En definitiva, se trata de una investigación ejemplar en las que experimento y teoría establecen el elegante diálogo que no deja el mal sabor de boca a incompletitud al que nos tienen acostumbrados los artículos científicos.

J. B. Siegel, A. Zanghellini, H. M. Lovick, G. Kiss, A. R. Lambert, J. L. St Clair, J. L. Gallaher, D. Hilvert, M. H. Gelb and B. L. Stoddard. (2010) Computational Design of an Enzyme Catalyst for a Stereoselective Bimolecular Diels-Alder Reaction. Science 329:309

  1. Dani M.
    21 julio, 2010 a las 19:24

    Vaya, vaya, muy interesante la entrada. Desde luego, que se haya podido hacer este tipo de enzimas “de novo” dice mucho de las opciones que se han conseguido en estos sectores. Además, el marco teórico que ha debido abarcar dicho experimento ha tenido que ser bastante grande y amplio, otro paso más en esta rama de la ciencia (teórica) que necesita potenciarse, sobre todo en los ámbitos biológicos.
    El próximo paso podría ser introducirlo en algún microorganismo para alguna tarea específica y ver que de verdad funciona en un entorno vivo.

    PD: parece ser que está siendo de provecho tu estancia en Madrid ;)

  2. Carlos
    22 julio, 2010 a las 00:24

    Pues me parece una pasada, no tenía ni idea de que ya pudiéramos crear algo así, una enzima de novo. Ahora a ver como de complicado es crear la secuencia genética para que se transcriba adecuadamente y ya creo que podremos decir lo de jugar a ser dioses.

    • Dani M.
      22 julio, 2010 a las 01:22

      Hombre, si tienes la secuencia aminoacídica no será muy complicado hacer la secuencia nucleotídica e insertarla en algún bicho.

  3. pechuan
    22 julio, 2010 a las 11:24

    La enzima se amplifica en Escherichia coli y luego se purifica.

    • Dani M.
      22 julio, 2010 a las 13:08

      Ahá, eso aclara más las cosas.

    • Carlos
      22 julio, 2010 a las 15:25

      Pero cómo se amplifica?? tienen ya la secuencia de ADN con todo lo necesario??

  4. Carlos
    22 julio, 2010 a las 15:22

    Pero solo con la secuencia no es suficiente, tiene que tener unos promotores, unos reguladores para que no se carguen a la célula por sobreexpresión, y al parecer en algunas bacterias hay modificación post-transcripcional no??

    • pechuan
      22 julio, 2010 a las 16:25

      No hay ningún problema con lo que comentas (de hecho es un procedimiento habitual en biología molecular), un vector con un promotor fuerte y poco más, a ellos sólo les interesa obtener cantidades masivas de enzima para purificarla a posteriori, no deben preocuparse por mantener unos niveles de expresión concretos.

      • Carlos
        22 julio, 2010 a las 20:01

        Mmmmm cierto, no había caído de que ya se hace eso con otras enzimas.

        Estos temas me interesan mucho, y ahora estoy en un laboratorio de micro ayudando y eso y en el siguiente curso haré un trabajo, pero es sobre recombinación, aunque intentaré enterarme de grupos donde trabajen con cosas así y empresas biotecnológicas.

  1. 13 marzo, 2015 a las 11:09
  2. 21 agosto, 2015 a las 08:27

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