PRIN PNRR 2022 n. P2022EMY52 - Biocompatible and sustainable enzyme mimics based on metal complexes with peptide derivatives - Finanziamento dell’Unione Europea – NextGenerationEU – missione 4, componente 2, investimento 1.1 - CUP D53D23017050001

Nonostante i numerosi vantaggi dell'uso degli enzimi come catalizzatori, tra cui l'elevata selettività e lo stereocontrollo, la loro applicazione su grande scala è limitata da diversi inconvenienti: bassa stabilità termica e tolleranza a diverse condizioni sperimentali, substrato con bassa versatilità, inidoneità alle reazioni abiotiche e alto costo di purificazione. Come tentativo di superare tali vulnerabilità, si stanno indagando da molto tempo composti simil-enzimatici (Enzyme Mimics – EM). Lo sviluppo di EM efficienti rappresenta una formidabile opportunità sulla via di una transizione verde con alto grado di innovazione. In particolare, negli ultimi anni, i progressi della ricerca sugli EM hanno portato a sviluppi significativi di protocolli di sintesi chimica sostenibile, sia a livello di laboratorio che su scala industriale. Questi composti hanno il potenziale per competere con enzimi naturali e catalizzatori “classici”, trovando applicazione in una vasta gamma di campi, dalle industrie chimiche e alimentari alla diagnostica e alla medicina o alla produzione di combustibili e idrogeno gassoso. Gli EM sono solitamente progettati per riprodurre i siti catalitici degli enzimi naturali, seguendo due possibili approcci: imitando la funzionalità enzimatica utilizzando complessi metallici con attività simile o imitando la struttura del sito attivo dell'enzima introducendo gruppi funzionali appropriati (ad esempio: oligopeptidi). Il presente progetto di ricerca (EnzyMime) mira a progettare una nuova classe di EM de novo, basata su peptidi sintetici ramificati. L'impalcatura centrale biocompatibile rappresenta il nucleo della struttura EM, a cui sono legati quattro oligopeptidi identici attraverso la cosiddetta “tecnologia di saldatura del peptide” (PWT). Ciò consentirà il facile sviluppo di diversi EM, dove il potenziale sito catalizzatore può essere prodotto introducendo opportune sequenze amminoacidiche, in grado di legare gli ioni metallici attivi. Un esempio potrebbe essere rappresentato dalla sintesi di diversi surrogati di Cu/Zn-SOD, Mn-SOD e Ni-SOD per catalizzare la dismutazione dei radicali superossido. L'approccio sperimentale consisterà la sintesi di diversi EM e la loro caratterizzazione catalitica; completa caratterizzazione dei più promettenti sistemi metallo/peptidi, attraverso potenziometria, voltammetria, spettrofotometria, spettrofluorimetria, spettrometria, risonanza magnetica nucleare, risonanza paramagnetica elettronica, calcoli teorici e indagini strutturali mediante cristallografia a raggi X. Per aiutare la cristallizzazione dei peptidi e dei loro complessi metallici, un distanziatore contenente una breve sequenza di ripiegamento alfa-elica sarà anche aggiunta alle sequenze chelanti. Infine, al fine di esplorare alcune possibili applicazioni pratiche nel campo della salute e del benessere umano, saranno eseguiti test biologici, compresa la stabilità enzimatica nel plasma umano, l’interazione con gli acidi nucleici, la citotossicità contro le cellule tumorali, la mobilità attraverso diversi tipi di membrane e l’attività antimicrobica.