Resumen de Nuevas reacciones de interés industrial con peroxigenasas fúngicas
La presente Tesis plantea el estudio de la oxifuncionalización enzimática de diferentes compuestos alifáticos lineales, principalmente alcanos y ácidos grasos, catalizada por una serie de peroxigenasas fúngicas denominadas peroxigenasas inespecíficas (UPO). Se han estudiado en mayor profundidad las reacciones catalizadas por la peroxigenasa del hongo Marasmius rotula (MroUPO) y también se han llevado a cabo estudios con la peroxigenasa de Chaetomium globosum (CglUPO), comparándose con la peroxigenasa salvaje de Agrocybe aegerita (AaeUPO) y la peroxigenasa recombinante de Coprinopsis cinerea (rCciUPO). Estas peroxigenasas, descubiertas recientemente, son capaces de oxidar una gran variedad de sustratos orgánicos con peróxido de hidrógeno (H2O2) como único co‐sustrato, presentando además de ésta, otras importantes ventajas frente a los citocromos P450 (P450), las enzimas hidroxilantes más versátiles. La conversión de los diferentes sustratos por las peroxigenasas así como la identificación de los productos de reacción se llevó a cabo mediante Cromatografía de Gases acoplada a Espectrometría de Masas (GC‐MS). Finalmente, con objeto de estudiar y verificar el mecanismo de acción de estas reacciones enzimáticas, se llevaron a cabo estudios con peróxido de hidrógeno marcado con el isótopo de oxígeno 18 (H2 18O2).
Los resultados de esta Tesis demuestran que MroUPO cataliza la oxifuncionalización selectiva de los sustratos estudiados, revelando importantes y novedosas diferencias con respecto a las otras dos peroxigenasas (AaeUPO y rCciUPO) estudiadas anteriormente. En estudios previos se había visto que estas dos últimas peroxigenasas catalizan la hidroxilación de ácidos grasos saturados en las posiciones subterminales (‐1 y ‐2) obteniéndose como productos principales los derivados monohidroxilados en dichas posiciones. Del mismo modo, estas peroxigenasas son capaces de hidroxilar las posiciones subterminales de los alcanos a ambos lados de la cadena hidrocarbonada dando lugar a derivados monohidroxilados (en las posiciones 2 y 3) y dihidroxilados (en las posiciones 2, ‐1; 2, ‐2 y 3, ‐2). Sin embargo, la peroxigenasa MroUPO, además de hidroxilar las posiciones subterminales de estos compuestos alifáticos (alcanos y ácidos grasos saturados), es capaz también de catalizar la hidroxilación terminal de los mismos, dando lugar finalmente a la producción de ácidos dicarboxílicos. Cabe mencionar la importancia de esta reacción debido a la dificultad de producir químicamente la hidroxilación terminal de compuestos alifáticos, así como el interés industrial de los productos finales, los ácidos dicarboxílicos, utilizados como “building blocks” o material de partida para la producción de polímeros.
Otra reacción de interés descubierta en esta Tesis es la descarboxilación de ácidos mono‐ y dicarboxílicos dando lugar a un ácido con un átomo de carbono menos en la cadena hidrocarbonada. Esta reacción de acortamiento de la cadena se inicia con una hidroxilación en el carbono (adyacente al grupo carboxilo) que tras una nueva hidroxilación da lugar a un gem‐diol, en equilibrio con el ‐cetoácido, que en presencia de peróxido de hidrógeno se descarboxila dando lugar a la formación de un ácido con un carbono menos en la cadena.
Finalmente, esta Tesis también aborda el estudio de las reacciones de oxifuncionalización de ácidos grasos insaturados por peroxigenasas, incluyendo MroUPO y CglUPO. En estudios previos con las peroxigenasas AaeUPO y rCciUPO se había observado que estas enzimas se comportaban de igual modo frente a sustratos saturados e insaturados, es decir hidroxilaban las posiciones ‐1 y ‐2 de los ácidos grasos insaturados “ignorando” la presencia del doble enlace. Sin embargo, se observó que MroUPO y CglUPO catalizan la epoxidación (e hidroxilación en posiciones alílicas) de los dobles enlaces en los ácidos grasos insaturados. Esta reacción es de gran interés industrial ya que los epóxidos de ácidos grasos se utilizan industrialmente para la síntesis de un gran número de compuestos como polioles, glicoles y compuestos olefínicos, estabilizadores para polímeros y plastificantes para el desarrollo de derivados de cloruro de polivinilo (PVC).
En conclusión, en esta Tesis se han descubierto nuevas reacciones catalizadas por las UPOs, como son la hidroxilación terminal de alcanos y ácidos grasos, la descarboxilación de ácidos carboxílicos por MroUPO y la epoxidación de ácidos grasos insaturados por MroUPO y CglUPO. Aunque aún queda camino por recorrer para mejorar estas reacciones, los resultados de esta Tesis han contribuido a enriquecer el mundo de la biocatálisis gracias a estas enzimas fúngicas que, secretadas por hongos, sólo necesitan la presencia de H2O2 para su funcionamiento.
