Enzima artificial

Una enzima artificial , también conocida como enzima sintética o sinzima , es una molécula o ion orgánico sintético que recrea una o más funciones de una enzima natural . Estas moléculas buscan lograr la catálisis con velocidades y selectividad comparables a las de las enzimas naturales. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Una nanozima es un subtipo de enzima artificial que, sin embargo, se clasifica dentro del grupo de nanomateriales .

Las sinzimas actuales consisten principalmente en moléculas orgánicas diseñadas para catalizar ciertos tipos de reacciones. Al igual que las enzimas, se unen a un estado de transición de un sustrato en un sitio activo y, al igual que las enzimas, generalmente obedecen la cinética de Michaelis-Menten .

Las enzimas naturales catalizan reacciones químicas con alta selectividad y eficiencia. La catálisis ocurre en el sitio activo de la enzima , donde los sustratos se unen cerca de grupos funcionales, lo que permite efectos de proximidad. Las enzimas artificiales imitan esto combinando sitios de unión de sustrato (por ejemplo, ciclodextrinas , éteres corona o calixarenos ) con grupos catalíticos en moléculas pequeñas. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Los avances incluyen enzimas artificiales basadas en aminoácidos o péptidos , como residuos de histidina con andamiaje que imitan metaloproteínas como la hemocianina , la tirosinasa y la catecol oxidasa . ^{[ 3 ]} El diseño computacional mediante herramientas como Rosetta ha permitido la creación de novo de enzimas artificiales. ^{[ 4 ]} En 2014, se crearon enzimas a partir de moléculas no naturales. ^{[ 5 ]} Un capítulo de un libro de 2016 analizó las direcciones futuras en enzimas artificiales. ^{[ 6 ]}

Si [Ru(NH₃ ₎ ₅ _] ³⁺ ^se une a ciertos residuos de histidina en una proteína de mioglobina , esta deja de ser un transportador pasivo de oxígeno y adquiere la actividad enzimática de una oxidasa . El ácido ascórbico se oxida con oxígeno molecular.

Las ciclodextrinas son estructuras tipo cap con un exterior hidrofílico y un interior hidrofóbico. Si el piridoxal se ancla en el interior, la ciclodextrina muestra actividad transaminasa .

Las nanoenzimas son nanomateriales que exhiben propiedades similares a las de las enzimas, ^{[ 7 ] [ 8 ]} término acuñado por primera vez en 2004. ^{[ 9 ]} Tienen aplicaciones en biodetección, bioimagen, terapia tumoral y antibioincrustación. ^{[ 10 ] [ 11 ]} A diferencia de las enzimas naturales, las nanoenzimas ofrecen estabilidad, multifuncionalidad y escalabilidad. ^{[ 7 ]}

Los primeros descubrimientos de la década de 1990 incluyeron derivados de fullereno que imitaban la superóxido dismutasa (SOD). ^{[ 12 ]} En la década de 2000 se formalizó el término "nanoenzima" y se expandieron las aplicaciones, como la nanoceria que previene la degeneración retiniana ^{[ 13 ]} y la actividad similar a la peroxidasa en nanopartículas ferromagnéticas para inmunoensayos. ^{[ 14 ]}

La década de 2010 trajo consigo numerosas revisiones y aplicaciones, incluyendo ensayos colorimétricos, ^{[ 15 ]} visualización de tumores, ^{[ 16 ]} y antibioincrustación. ^{[ 17 ]} Surgieron libros y revisiones clave que resumían los avances. ^{[ 18 ] [ 10 ]}

En la década de 2020, las nanoenzimas avanzaron en aplicaciones terapéuticas, como nanoenzimas de átomo único para la sepsis ^{[ 19 ]} y la terapia tumoral. ^{[ 20 ]} Se informaron estrategias como el descubrimiento informado por datos ^{[ 21 ]} y el descubrimiento asistido por aprendizaje automático, ^{[ 22 ] y aplicaciones en el tratamiento de afecciones como la enfermedad de Parkinson, la enfermedad inflamatoria intestinal, el accidente cerebrovascular y la lesión cerebral traumática. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} Las nanoenzimas fueron reconocidas como una de las Diez Tecnologías Emergentes Principales en Química de la IUPAC en 2022. ^{[ 26 ]} Nanozyme está entre las 10 Tecnologías Emergentes Principales del Davos de Verano de 2025. ^{[ 27 ]} Se publicó una monografía titulada nanoenzimas en chino (《纳米酶》). ^{[ 28 ]} Se desarrollaron implantes mejorados con nanoenzimas. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

• Abzimas : Los anticuerpos pueden actuar como enzimas si se seleccionan contra análogos del estado de transición. Las abzimas tienen un K _M bajo , lo que significa que se unen fácilmente a una molécula diana, pero tienen valores de V _max bajos , lo que indica una velocidad de reacción lenta.
• Biomimética
• Química bioortogonal
• Catálisis
• Teoría del funcional de la densidad
• Evolución dirigida
• Enzima
• Máquina molecular
• Polímero con impronta molecular
• Nanoquímica
• Química supramolecular
• Zeolita

• Wiseman A (1993). "Aplicaciones de enzimas y células diseñadas en la industria y en el monitoreo ambiental". J Chem Technol Biotechnol . 56 (1): 3– 13. Bibcode : 1993JCTB...56....3W . doi : 10.1002/jctb.280560103 . PMID  7763363 .
• Diekmann S, Weston J, Anders E, et al. (abril de 2002). "Reacciones mediadas por metales modeladas a partir de la naturaleza". J. Biotechnol . 90 (2): 73– 94. doi : 10.1016/s1389-0352(01)00067-8 . PMID  12069195 .