Onderzoekers hebben een hindernis genomen voor het opruimen van bepaalde verontreinigingen in het milieu met een nieuw ontworpen synthetisch enzym dat de verbinding sulfiet tot sulfide reduceert - een notoir complexe meerstaps chemische reactie die scheikundigen al jaren ontgaan.

In het journaal Wetenschap , chemici van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign beschreven hun enzym dat twee verschillende ijzerbevattende centra bevat die met elkaar zijn verbonden door een enkel enzym.

Sulfiet reductie, een veel voorkomende oxidatie-reductie- of redoxreactie kan interfereren met het opruimen van een belangrijke klasse van milieuverontreinigende stoffen, waaronder nitraat, arsenaat en perchloraat. Deze verontreinigingen komen in het milieu terecht als bijproducten van de productie van raketbrandstof, munitie en kunstmest. Sulfiet komt ook van nature voor en verstoort de eliminatie van meer giftige verbindingen, en chemici zijn er niet in geslaagd katalysatoren te maken om sulfiet te verwijderen, omdat het meerdere reactiestappen vereist met behulp van een complexe actieve plaats die moeilijk te ontwerpen en te synthetiseren is.

"Veel biochemische reacties vereisen een reeks enzymen die samenwerken om meerstapsreacties uit te voeren, maar sulfietreductie gebruikt slechts één enzym, sulfietreductase genoemd, dat doet al het werk, " zei Yi Lu, een professor in de chemie in Illinois. "De natuur heeft een zeer complexe enzymstructuur gecreëerd om deze chemische reactie aan te kunnen, en onderzoekers hebben het tot nu toe niet kunnen repliceren."

Eerdere groepen die hebben geprobeerd een synthetisch sulfietreducerend enzym te bouwen, hebben zich geconcentreerd op het maken van structurele modellen die eruitzien als de actieve plaats van inheemse enzymen, zei scheikundestudent Evan Mirts. Voor deze studie is het team gebruikte een enzym als stellage om clusters van ijzer- en zwavelatomen te verankeren die zich gedragen als kleine moleculaire batterijen, het overbrengen van de elektronen die nodig zijn om de redoxreactie te duwen.

"Ik geloof dat we succesvol waren omdat we ons concentreerden op de functionaliteit van ons synthetische enzym, niet de eenvoudigst mogelijke structuur herbouwen, Mirts zei. "We hebben rekening gehouden met interacties die doorgaans als secundair worden beschouwd, of minder belangrijk voor de algehele redoxreactie. Het blijkt dat deze interacties enorm belangrijk zijn."

"Toen we rekening hielden met die zogenaamde zwakkere interacties in ons ontworpen enzym, we zagen plotseling een redoxreactie-activiteit die erg leek op die van het natuurlijk voorkomende sulfietreducerende enzym, " zei Lu, ook een gezamenlijke aangestelde bij het Pacific Northwest National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Het team stelt zich voor dat hun nieuw ontwikkelde enzym een ​​nieuwe generatie katalysatoren inspireert om giftig afval in het milieu op te ruimen en de kwaliteit van aardolieproducten te helpen verbeteren.

"Naast de praktische toepassingen, Ik denk dat ons werk hier de grens heeft verlegd van het ontwerp van kunstmatige enzymen in termen van het ontcijferen van de complexiteit van redoxreacties en het ontwerpen van multifactorkatalysatoren met een zeer hoge activiteit, " zei Lu. "Met de succesvolle demonstratie van dit systeem, we kunnen nu beginnen met het ontwerpen van vele andere multicofactor-enzymen die nog complexere, moeilijke reacties waar we vroeger alleen maar van konden dromen."