Исследователи из Базельского университета перепрофилировали природный фермент так, чтобы он катализировал сложную химическую реакцию. Их подход открывает новые возможности для синтеза сложных молекул, таких как фармацевтические препараты и химические вещества тонкого органического синтеза, более экологичным и эффективным способом. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Катализаторы — важные инструменты для достижения более устойчивой «зелёной» химии
Катализаторы ускоряют химические реакции, делая их более эффективными и управляемыми. В результате при производстве различных продуктов можно сэкономить энергию, сократить количество отходов и снизить затраты. Поиск новых катализаторов занимает химическую отрасль с XX века.
Ферменты как природные катализаторы
Ферменты привлекают всё больше внимания благодаря своей исключительной способности повышать реактивность и селективность химических реакций, а также благодаря своим экологически безопасным свойствам.
Недавно разработанный метод MHAT
Недавно разработанный метод переноса атома водорода с помощью гидрида металла (MHAT) стал перспективным способом эффективного создания сложных молекул. Соединение, состоящее из гидрида металла — атома металла, связанного с атомом водорода, — передаёт атом водорода двойной связи в органическом соединении, создавая реактивный промежуточный продукт, который запускает последующее образование связи.
MHAT может преобразовать плоский, двумерный субстрат в сложную молекулу с трёхмерной архитектурой. Однако достижение точного контроля над трёхмерным расположением атомов внутри молекулы, особенно над зеркально-симметричными конфигурациями молекул, остаётся сложной задачей.
Создание одноручных конфигураций
В производстве фармацевтических препаратов и химических веществ тонкого органического синтеза крайне важно создать одноручную конфигурацию. Это связано с тем, что две зеркально-симметричные молекулы могут проявлять разные биологические свойства: одна может быть терапевтически полезной, в то время как её зеркальный аналог может быть неактивным или даже токсичным.
Исследователи из Базельского университета смогли объединить химию MHAT с ферментативным катализом для получения трёхмерных молекул с одноручной конфигурацией. Новаторское исследование является частью Национального центра компетенции в области исследований «Молекулярная инженерия систем», возглавляемого профессором доктором Томасом Р. Уордом в Базельском университете.
Исследовательской группе удалось перепрофилировать гемопротеин — фермент, широко распространённый в природе, — для проведения реакций MHAT в своём активном центре. Благодаря сложной структуре фермента он производит почти исключительно желаемую одноручную форму молекулы (соотношение лево- и правосторонних молекул составляет от 98:2). Примечательно, что такие превращения очень сложно осуществить с помощью традиционных химических инструментов.
«До сих пор не было известно ни одного фермента, который мог бы осуществить такую реакцию MHAT», — объясняет первый автор доктор Сян Чжан.
Этот прорыв открывает путь к более устойчивому и эффективному производству различных сложных химических веществ. Перепрофилируя природный фермент для катализации этого универсального химического превращения, исследователи стремятся оптимизировать синтез фармацевтических препаратов и других химических веществ с высокой добавленной стоимостью.
Однако специфичность фермента — это одновременно проклятие и благословение: если использовать структурно отличный исходный материал, для достижения высокой специфичности ферментативному каркасу может потребоваться дополнительная модификация. Кроме того, чтобы сделать эту трансформацию ещё более полезной, исследователи ищут более устойчивый способ образования гидрида металла.
Предоставлено Базельским университетом.