Nombre organización: Universitat de Girona (UdG)
Otras organizaciones participantes: Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Red Española de Supercomputación (RES), Barcelona Supercomputing Center y EuroCC Spain.
Área: Academia.
Las enzimas pueden realizar reacciones químicas de manera altamente selectiva, abriendo posibilidades únicas para la biocatálisis y la industria química.
En colaboración con el equipo del Prof. Hauer (Johannes Gutenberg-Universität Mainz), el grupo de investigación de Sílvia Osuna había demostrado recientemente que la enzima aaSHC (una proteína de membrana de Alicyclobacillus acidocaldarius) era capaz de transformar una mezcla racémica 50/50 en un único estereoproducto: el Ambroxide, un compuesto de gran relevancia industrial.
Este fenómeno (extremadamente raro) planteaba un desafío científico clave:
Explorar los mecanismos de policiclización enantioconvergente de los dos isómeros del homofarnesol.
Comprender cómo la proteína canaliza ambos caminos hacia la producción de un mismo estereoproducto.
Analizar cómo las mutaciones del coronavirus afectan la distribución de carga en las proteínas spike, y cómo el pH modifica su comportamiento electrohidrodinámico en distintas condiciones (como difusividad rotacional y viscosidad bajo flujos oscilatorios).
Estudiar el movimiento colectivo de microswimmers (partículas autómatas a microescala) bajo gravedad, considerando las interacciones hidrodinámicas y estéricas que influyen en su organización y dinámica.
El equipo empleó simulaciones de dinámica metadinámica híbrida QM/MM (mecánica cuántica/mecánica molecular) para modelar el proceso de ciclado dentro del sitio activo de la enzima.
Gracias a la potencia de cálculo del superordenador MareNostrum5 GPP del Barcelona Supercomputing Center, se lograron simular más de 6 nanosegundos de metadinámica, lo que permitió:
Construir un mapa energético libre altamente detallado de la reacción.
Comparar la reacción enzimática con el proceso equivalente en fase gaseosa.
Analizar cómo la cavidad del sitio activo restringe la flexibilidad del sustrato y dirige la reacción hacia un único producto.
Los resultados confirmaron que la reacción es enantioconvergente: ambos isómeros de homofarnesol, cis y trans, acaban conduciendo al mismo estereoproducto gracias al confinamiento impuesto por la enzima.
Este hallazgo revela cómo la estructura de la proteína limita la flexibilidad del sustrato, orientándolo hacia un único camino de reacción, a diferencia de lo que ocurre en ausencia de la enzima.
Las implicaciones son relevantes tanto para el diseño de biocatalizadores de nueva generación como para el desarrollo de procesos químicos más sostenibles y selectivos en la industria. El equipo continuará investigando qué residuos de aminoácidos específicos son responsables de este fenómeno.
La Universitat de Girona (UdG), a través del grupo de investigación liderado por Sílvia Osuna, es referente en el estudio computacional de reacciones enzimáticas y en el diseño de nuevas actividades biocatalíticas. Su trabajo combina simulaciones de alto rendimiento, química computacional y biología estructural. La colaboración con la RES, el BSC y EuroCC Spain les permite abordar simulaciones de gran escala que avanzan en el entendimiento de la reactividad enzimática y su aprovechamiento en aplicaciones industriales.
