Aplicaciones sintéticas de aldolasas nativas y modificadas genéticamente dependientes de glicina y compuestos ¿-hidroxicarbonílicos

Resumen

Las aldolasas constituyen un grupo de enzimas importantes para el desarrollo de procesos sintéticos asimétricos que involucren la formación estereoselectiva de enlaces carbono-carbono, particularmente para la síntesis asimétrica de carbohidratos complejos y derivados de aminoácidos. Durante esta tesis, se emplean tanto estrategias de proceso (ingeniería de la reacción aldólica) como estrategias moleculares (ingeniería de proteínas) para el mejoramiento y la modificación de la actividad catalítica de aldolasas dependientes de glicina y de compuestos ¿ hidroxicarbonílicos (dihidroxiacetona, hidroxiacetona y glicolaldehído), incrementando sus aplicaciones sintéticas. En primer lugar, modificando las condiciones de reacción, la serina hidroximetil transferasa (SHMT) de S. thermophilus y la L-treonina aldolasa (LTA) de E. coli, se utilizaron como biocatalizadores estereocomplementarios para la síntesis de derivados L-anti y L-syn de ¿-hidroxi-¿,¿-diaminoácidos, intermediarios polifuncionales para la síntesis de moléculas bioactivas. Luego, utilizando un diseño racional de mutantes basado en la estructura de la D-fructosa 6-fosfato aldolasa (FSA) y de la transaldolasa B de E. coli se generaron variantes de estas enzimas con una actividad incrementada frente a sustratos dadores y aceptores. La FSA A129S y la TalB F178Y/R181E, mostraron una selectividad diferencial a la FSA wt frente al glicolaldehído, convirtiéndose en biocatalizadores complementarios para la síntesis de carbohidratos a partir de sustratos sencillos y baratos como el D- y L-gliceraldehído y el glicolaldehído. La FSA A129S/A165G mostró una actividad mejorada frente a N-Cbz-aminoaldehídos entre 5 y 900 veces mayor que la FSA wt, permitiendo la obtención de derivados de la metil-pirrolidina, incapaces de ser producidos con la enzima nativa. Finalmente, la incorporación de la mutación S166G en esta última mutante originó la FSA A129S/A165G/S166G, que es la enzima más activa frente a N-Cbz-aminoaldehídos descrita hasta el momento. Utilizando este último biocatalizador se sintetizaron aza-azúcares estructuralmente diversos de interés relevante como inhibidores de glicosidasas y glicosiltransferasas. La obtención eficiente de varios carbohidratos, derivados de ¿-hidroxi-¿¿¿-diaminoácidos e iminociclitoles con las aldolasas aquí presentadas, demuestra el potencial versátil de estas enzimas en síntesis orgánica.