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Científicos del King’s College de Londres han recreado el sitio activo de la acetil-CoA sintasa, una enzima implicada en la captura de carbono de la atmósfera. La investigación, realizada en colaboración con el Imperial College de Londres, mejora nuestra comprensión de esta importante enzima y ofrece una nueva solución potencial para la captura de dióxido de carbono.2 de la atmósfera en la lucha contra el cambio climático.
Dirigido por la Dra. Rebecca Musgrave del Departamento de Química y el Dr. Daniel Wilson del University College de Londres, el equipo logró recrear el sitio activo (el sitio donde ocurren las reacciones químicas) de la enzima acetil-CoA sintasa (ACS). ACS convierte el dióxido de carbono2 A la «Acetil Coenzima A», una molécula esencial utilizada en los organismos vivos. Sus resultados fueron publicados hoy en la revista. Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
El ácido acético es particularmente conocido por su papel en el ciclo del ácido acético o ciclo de Krebs, una serie de reacciones químicas en los organismos vivos, donde el ácido acético se oxida para producir energía. Por tanto, es vital para almacenar y liberar energía y capturar dióxido de carbono.2 de la atmósfera y almacenado como carbono. El nuevo modelo del equipo pudo replicar esta reacción química en el laboratorio, capturando carbono atmosférico y almacenándolo en forma de acetilcoenzima A.
Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos acelerando las reacciones químicas. Como tales, desempeñan funciones vitales en la naturaleza, incluida la biología humana. Las vías químicas creadas por las enzimas han evolucionado a lo largo de miles de millones de años hasta convertirse en sistemas biológicos grandes y complejos y, por tanto, son extremadamente difíciles de estudiar y replicar en el laboratorio. Los científicos a menudo recrean versiones moleculares más pequeñas de enzimas (modelos de «sitio activo») en el laboratorio para estudiarlas.
La enzima ACS se encuentra en bacterias y algunos organismos unicelulares y funciona sin oxígeno, formando moléculas orgánicas complejas a partir de dióxido de carbono e hidrógeno. Si bien se han realizado intentos de modelar el sitio activo de la enzima in vitro, no han podido replicar con precisión la forma del entorno electrónico del sitio activo para la captura de carbono.
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El Dr. Daniel Wilson, investigador principal del University College de Londres, dijo: «Los científicos han estudiado la enzima ACS durante décadas, pero ha sido difícil descifrar el mecanismo que produce acetil-CoA en el sitio activo de la enzima. presentan un modelo del sitio activo -un conjunto molecular que incluye dos átomos de níquel- que imitan la forma y el tamaño con un parecido notable con el sitio activo de la enzima ACS.
«Curiosamente, la exposición de nuestro modelo al monóxido de carbono resultó en una síntesis exitosa, imitando la forma en que la enzima ACS produce acetil-Co-A en la naturaleza».
En colaboración con el Dr. Maxi Roesler de Imperial, el equipo utilizó una técnica llamada espectroscopia electrónica paramagnética para estudiar los pasos involucrados y cree que los resultados proporcionarán información valiosa a los científicos que estudian la enzima ACS y otras enzimas asociadas con la fijación o captura de carbono atmosférico. .
La Dra. Rebecca Musgrave dijo: “Nuestro nuevo modelo abre el camino para comprender mejor cómo funciona esta reacción. Al estudiar los pasos de reacción individuales mediante espectroscopía de resonancia magnética electrónica y otras técnicas, podemos utilizar lo que aprendemos para informar el diseño de catalizadores artificiales. uso industrial.
“Esto se puede aplicar a una variedad de áreas, incluidos nuevos métodos de captura de dióxido de carbono.2 de la atmósfera y se utiliza como materia prima para la producción de productos químicos a base de carbono, como biocombustibles para automóviles o medicamentos.
Los investigadores también esperan que quienes trabajan en espectroscopia enzimática (el campo de estudio de las enzimas) puedan tomar su nuevo modelo y adaptarlo para usarlo en sus propios estudios.
El Dr. Musgrave dijo: “Las enzimas en la naturaleza llevan a cabo estas sorprendentes transformaciones de manera rápida y eficiente, de una manera que es muy difícil de reproducir en el laboratorio. Nuestro nuevo modelo nos acerca un paso más a la comprensión de cómo estos sistemas biológicos lo hacen tan bien. Podemos diseñar catalizadores a escala industrial para replicar «El poder transformador de la naturaleza, para abordar importantes problemas sociales como el cambio climático».
referencia: Wilson DWN, Thompson BC, Colotto A, et al. Grupos de valencia mixtos {Ni2+Ni1+} como modelos para intermediarios de acetil coenzima A sintasa. Revista americana de química. 2024. Doi: 10.1021/jax.4c06241
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