Исследователи пролили свет на новую ферментативную реакцию

Ученые определили ключевые компоненты для экологически чистого производства высокоценных химических соединений: перепрофилированные ферменты, любопытство и немного света.

Исследование, опубликованное в Nature, описывает работу под руководством Сяоцяна Хуана, постдока в отделении химической и биомолекулярной инженерии (ChBE) и Институте геномной биологии Карла Р. Воза (IGB) Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне. Хуан работает в лаборатории профессора ChBE Хуимина Чжао.

• Биокатализ — это использование ферментов (белковых молекул) для ускорения химических реакций в живых организмах.
• Ферментативные реакции высокоизбирательны, устойчивы (работают в водных растворах при комнатной температуре и нормальном давлении) и экологичны.
• Однако возможности ферментов ограничены реакциями, встречающимися в природе.

Команда разработала решение: видимо-светоиндуцированную реакцию, которая использует семейство ферментов ен-редуктаз (ER) в качестве биокатализатора и позволяет получать высокие выходы ценных хиральных карбонильных соединений.

"Наше решение можно считать 'перепрофилированием'. Мы берем известные ферменты, встречающиеся в природе, и применяем их для новой реакции", — сказал Чжао.

Эта реакция уникальна тем, что объединяет биокатализ с фотокатализом (где свет используется как возобновляемый источник энергии активации) в новой фотоферментативной реакции.

В ходе исследования ученые тестировали различные субстраты (алкены), документируя реакционную способность ферментов ER. Этот процесс сравним с выпечкой химического печенья: сохраняя постоянный уровень света и меняя "ингредиенты" (ER и субстраты), команда смогла добиться желаемой реакции.

• Хиральные карбонильные соединения имеют потенциальное применение в фармацевтической промышленности для производства лекарств.
• Субстраты-алкены, использованные в работе, согласуются с миссией по исследованию применения биомассы растений. В принципе, жирные кислоты из таких культур, как мискантус, сорго и сахарный тростник, могут быть преобразованы в алкены для замены нефтехимического сырья.

"Создание новых функций ферментов — одна из основных научных задач. Это исследование решает ее, открывая новые применения ферментов и показывая, на что они способны", — отметил Чжао.

Исследование расширило репертуар ферментов ER для синтеза высокоценных соединений. В будущем ученые могут создать еще более разнообразный портфель продуктов, комбинируя различные типы ферментов.

"Мы ни в коем случае не ограничены созданием хиральных карбонильных соединений. Надеюсь, это исследование вдохновит ученых на изучение новых возможностей для реакционной способности", — сказал Хуан.