Il futuro della chimica passa attraverso la ricerca svolta presso l'Università Federico II di Napoli. Oggi, per l'industria chimica si aprono nuove opportunità: trasformare a basso costo, e in condizione di ecosostenibilità, materie prime e materiale di scarto in materie di alto valore aggiunto, come ad esempio quelli adoperati nella chimica "fine" e farmaceutica.

La prestigiosa rivista Nature, Chemical Biology riporta lo sviluppo di un nuovo catalizzatore capace di convertire composti organici in condizioni blande, adoperando ossigeno atmosferico (An artificial di-iron oxo-protein as selective oxidation catalyst, by M Faiella, C. Andreozzi, R. Torres, V. Pavone, O. Maglio, F. Nastri, W. F. DeGrado & A. Lombardi, 2009, DOI number 10.1038/nchembio.257).

Questi risultati sono stati raggiunti grazie ad una intensa attività di ricerca condotta presso il gruppo di Chimica Bioinorganica, diretto dal professor Vincenzo Pavone, del Dipartimento di Chimica "Paolo Corradini" dell'Università Federico II e grazie ad una proficua collaborazione con prestigiose Università americane.

La professoressa Angela Lombardi - docente di Chimica Generale ed Inorganica presso la Facoltà di Scienze dell'Ateneo Federiciano - ha iniziato a lavorare sull'argomento oltre dieci anni fa, durante un periodo trascorso negli Stati Uniti, presso importanti realtà sia industriali (DuPont) che accademiche (University of Pennsylvania).

La pubblicazione del lavoro sulla rivista americana consacra la validità e l'importanza della ricerca svolta dai ricercatori dell'Università Federico II di Napoli.

Un considerevole obiettivo della ricerca è la conversione del metano in metanolo in condizioni così blande, che solo la Natura è a tutt'oggi capace di fare. Tuttavia, non sempre i sistemi naturali risultano economicamente vantaggiosi. Da qui è nata l'idea di realizzare enzimi artificiali - cioè non rinvenibili in natura – che meglio si adattano allo sviluppo di processi economicamente vantaggiosi ed ecosostenibili.

L'articolo apparso oggi sulla rivista Nature, Chemical Biology (9.11.2009) mostra che è effettivamente possibile realizzare enzimi artificiali per la conversione selettiva di fenoli. Per esplicare questa funzione, il nuovo enzima sviluppato (denominato DF3) richiede la semplice partecipazione di un ossidante cosiddetto "pulito", quale la molecola di ossigeno o la comune acqua ossigenata. L'interesse della realizzazione di DF3 scaturisce soprattutto dalla capacità dell'enzima di operare, come è stato dimostrato, molti cicli di reazione, requisito indispensabile per applicazioni industriali su larga scala.

DF3 rappresenta, pertanto, il prototipo di enzimi artificiali. DF3 potrà essere utilizzato quale "stampo molecolare" per la costruzione di nuovi sistemi in grado di mimare le svariate funzioni svolte dagli enzimi naturali. Il repertorio di enzimi oggi disponibile, seppur ampio, è costituito essenzialmente dai sistemi naturali. Tale repertorio potrà essere ulteriormente ampliato con l'introduzione di nuove molecole, che meglio si adattino alle esigenze produttive. Si apriranno, in tal modo, nuove prospettive per l'industria chimica ecosostenibile.
DF3 racchiude molteplici vantaggi: è un enzima di piccole dimensioni; può essere prodotto sia attraverso la sintesi chimica sia con tecniche fermentative; esplica le sue funzioni in acqua a bassissime co
ncentrazioni.

Nel corso degli studi effettuati, i ricercatori dell'Università "Federico II" di Napoli hanno identificato i criteri necessari per progettare una piccola proteina che funzioni da enzima. Il processo è stato particolarmente lungo e laborioso, ma il metodo proposto consentirà applicazioni in molteplici settori.

Sebbene ispirati agli enzimi naturali, si è giunti allo sviluppo di una molecola "funzionale" solo attraverso un processo iterativo di raffinamenti successivi, costituiti da nuove progettazioni, sintesi e studio della struttura e del funzionamento. Nella prima fase dell'attività di ricerca è stata costruita, a livello molecolare, una "impalcatura rigida", più stabile rispetto ai sistemi naturali, che ben sopportasse le modifiche richieste per il funzionamento. Successivamente, è stato possibile "scolpire" nell'impalcatura una cavità, preposta alla funzionalità dell'enzima. Questi studi hanno, inoltre, messo in luce aspetti nascosti del funzionamento dei sistemi naturali. Ad esempio, è stato dimostrato che esiste un delicato equilibrio tra rigidità strutturale, necessaria alla vita nel tempo dell'enzima, e flessibilità, indispensabile per la funzionalità.

A questo punto i ricercatori dell'Ateneo Federiciano credono che sia stata aperta la strada verso la "progettazione intelligente" di sistemi artificiali, di piccole dimensioni, ed in grado di imitare i sistemi naturali nell'esplicare una desiderata funzione, come ad esempio l'importante processo di trasformazione del metano in metanolo o la conversione dell'acqua in idrogeno. Il traguardo finale sarà quello di costruire sistemi "su misura", che abbiano proprietà strutturali e funzionali non ancora riscontrate in natura. Tutto ciò sarà possibile solo se la dedizione, l'entusiasmo e la professionalità dei ricercatori saranno affiancati dai finanziamenti necessari a tenere alto il livello della ricerca scientifica nel nostro Paese (dal Dipartimento di Chimica 'Paolo Corradini').