Используя перепрограммированные биокатализаторы, исследователи расширяют границы ферментативного синтеза с помощью метода, который открывает доступ к разнообразным ценным соединениям. В журнале Science профессор химии из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Ян Ян и его коллеги описывают ферментативную многокомпонентную реакцию, в результате которой получены шесть различных молекулярных каркасов, многие из которых ранее были недоступны с помощью других химических или биологических методов.
«Способность генерировать новые соединения и молекулярное разнообразие особенно важна для medicinal chemistry (медицинской химии)», — говорит Ян. «Долгое время биокатализ считался областью, имеющей отношение в основном к крупномасштабному производству ценных специальных химических веществ. Наша работа показывает, что новые биокаталитические методы теперь могут найти применение в химии открытий, благодаря ускоренному комбинаторному синтезу новых молекул».
Синтез, ориентированный на разнообразие
Синтез, ориентированный на разнообразие, направлен на разработку структурно разнообразной библиотеки молекул, которые можно проверить на наличие полезных биологических и химических свойств. В отличие от традиционного целевого синтеза, который концентрируется на нескольких конкретных целях, этот метод готовит ряд потенциальных вариантов, которые увеличивают шансы на поиск новых биологически активных соединений и молекул, которые могут эффективно взаимодействовать с биологическими мишенями или исследовать биологические процессы.
В основе этих биологически активных соединений лежит связь углерод-углерод — основа всей органической химии, удерживающая вместе биомолекулы, такие как белки и ДНК. Понимание того, как и где создавать или разрывать эти связи, может привести к созданию мощных новых молекул и соединений.
Существует множество способов облегчить реакции, в результате которых образуются структуры на основе углеродных связей. Команда Яна из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре совместно с группой профессора вычислительной органической химии из Университета Питтсбурга Пэн Лю предлагает комбинаторный процесс, в котором используются ферменты и светособирающие катализаторы для получения новых молекулярных каркасов с богатой и чётко определённой стереохимией или трёхмерными формами.
«Ферменты — это природные привилегированные катализаторы», — говорит Ян. «Эволюционировав вместе со своими субстратами в течение огромных временных промежутков, ферменты, как правило, мощные, эффективные и специфичные в отношении молекул, с которыми они работают».
Однако эти природные катализаторы работают только с ограниченным числом субстратов при определённых условиях. Синтетические катализаторы, тем временем, могут быть широкими и разнообразными и функционировать в широком диапазоне условий, но они не так эффективны и не так избирательны, как ферменты.
Метод стремится использовать лучшее из обоих миров: эффективность и избирательность ферментов с универсальностью синтетических катализаторов. В процессе согласованных химических реакций фотокаталитическая реакция генерирует активные частицы, которые участвуют в более крупном цикле ферментативного катализа, что в конечном итоге приводит к получению шести новых продуктов за счёт образования связи углерод-углерод с выдающимся ферментативным контролем.
«Благодаря совместному действию фермента и фотокатализатора, используя радикальный механизм, мы разработали новые многокомпонентные биокаталитические реакции, которые были неизвестны ранее в химии и биологии», — говорит Ян. «Эти ферменты удивительно универсальны и могут работать с широким спектром субстратов. Это позволило нам провести одну из самых сложных многокомпонентных ферментативных реакций, разработанных моей командой».
Исследование в этом проекте также проводилось Чэнь Чжаном, Цзюнь Чжоу и Сильвией М. Риверой из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре; Пэй-Пэй Се и Турки М. Алтурифи из Университета Питтсбурга; а также сотрудниками Джеймсом Финнеганом и Саймоном Чарноком из Prozimix Ltd. в Великобритании.
Предоставлено:
University of California — Santa Barbara (Калифорнийский университет — Санта-Барбара)