Un estudi de l’UJI llança llum sobre els complexos mecanismes que porten a l’homoquiralitat biològica

La naturalesa empra camins elegants per a construir arquitectures complexes, com els macrocicles (molècules que contenen un anell de dotze o més àtoms) o les gàbies (estructures moleculars tridimensionals que posseeixen cavitats per a albergar altres molècules en el seu interior). Des del naixement de la química supramolecular s’han utilitzat macrocicles o macrobicicles per a aplicacions sofisticades, però la síntesi d’espècies tridimensionals preorganitzades ha sigut habitualment un desafiament.

D’altra banda, la naturalesa empra un nombre molt important de molècules quirals on els àtoms poden organitzar-se en l’espai de dues maneres diferents –d’igual manera que ho fan els dits de la mà dreta i la mà esquerra–, que semblen idèntiques, però no són superposables. Sorprenentment, en la construcció de moltes de les molècules naturals com les proteïnes (a partir d’aminoàcids) o els hidrats de carboni (a partir de sucres) s’observa la participació d’una sola d’aquestes dues disposicions (les proteïnes es formen amb aminoàcids de tipus S i no R), donant lloc al fenomen que es denomina «homoquiralitat». Entendre com s’ha arribat a aquesta homoquiralitat biològica és un tema essencial en les ciències de la naturalesa.

L’equip de recerca de Química Sostenible i Supramolecular del Departament de Química Inorgànica i Orgànica format pels professors Eduardo García-Verdugo, Belén Altava, Santiago V. Luis i el doctor Ferran Esteve, juntament amb el Premi Nobel Jean-Marie Lehn, ha aconseguit descriure l’autoassemblatge covalent dinàmic —assistit per aigua— de noves gàbies moleculars macrobicícliques seudopeptídiques doblement quirals, amb una autoselecció molt eficient d’homoquiralitat. Aquest treball ha sigut publicat en el número de juliol de la revista Chem.

Encara que existeixen alguns exemples ja descrits d’autoselecció homoquiral, el disseny proposat per aquest equip pot llançar llum sobre els complexos mecanismes que hi condueixen, en revelar que l’encapsulació de l’aigua és essencial per a això, mostrant un exemple no biològic del paper de l’aigua en la formació de molècules sofisticades que imiten comportaments biològics. De fet, l’encapsulació de molècules d’aigua discretes sembla ser la principal força impulsora d’aquest procés de verificació d’errors, actuant com una plantilla positiva per a estabilitzar les cavitats tridimensionals homoquirals i facilitar la seua formació.

Aquests resultats destaquen la funció del mitjà aquós en l’eficiència i selectivitat de la formació, així com en la determinació de les característiques estructurals de les arquitectures tridimensionals complexes adoptades per les biomolècules. L’estructura d’aquestes gàbies moleculars i el procés de la seua formació han pogut ser analitzats en profunditat mitjançant estudis de difracció de raigs X i d’espectroscòpia d’H-RMN (ressonància magnètica nuclear).

L’estudi ha sigut dedicat al 80 aniversari del professor Alain Krief. Ha comptat amb el suport financer del European Research Council, l’Institut Avançat de la Universitat d’Estrasburg (USIAS), el Pla de Promoció de la Recerca de la Universitat Jaume I de Castelló i l’Agència Estatal de Recerca del Ministeri de Ciència i Innovació amb fons FEDER.

Entrevista al professor Lehn

Amb motiu de la seua participació en el jurat dels Premis Jaume I de la Generalitat Valenciana, el professor Jean-Marie Lehn va realitzar una visita a la universitat pública de Castelló convidat pel Departament de Química Inorgànica i Orgànica, amb el personal investigador de la qual manté relacions de treball. El Premi Nobel de Química va mantenir una distesa xarrada amb el professor Eduardo García-Verdugo, responsable del Grup de Química Sostenible i Supramolecular, i Ferran Esteve, qui havia realitzat una estada de recerca durant els seus estudis de doctorat amb el professor Lehn al Laboratori de Química Supramolecular de l’Institut de Ciències i d’Enginyeria Supramolecular de la Universitat d’Estrasburg.

Article

“Doubly chiral pseudopeptidic macrobicyclic molecular cages: water-assisted dynamic covalent self-assembly and chiral self-sorting”, Ferran Esteve, Belén Altava, Eduardo García-Verdugo, Santiago V. Luis and Jean-Marie Lehn. Revista Chem. Volume 8, issue 7, 14 July 2022, pages 2023-2042.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929422002029