Новости химической науки > Клетка с ферментом катализирует даже лучше, чем фермент

Биокаталитический «коктейль» из размолотых клеток может решить проблемы применения ферментов в органическом синтезе, связанные с трудностями экстракции этих биокатализаторов и их плохой растворимости.

Предполагается, что клеточная мембрана помогает стабилизировать фермент в органическом растворителе. (Рисунок из Green Chem., 2014, DOI: 10.1039/c4gc00010b)

Ферменты представляют собой отличные катализаторы для получения хиральных соединений. Часто при проведении реакций в мягких условиях в режиме one-pot можно использовать несколько катализаторов, что позволяет проводить многостадийные синтезы, единожды загрузив реагенты. Однако, если в качестве катализатора применяются ферменты, эти биокатализаторы необходимо экстрагировать и очистить, зачастую в систему еще бывает необходимо добавлять дорогие кофакторы. Также возникают и проблемы с растворимостью – наибольшая активность ферментов проявляется в буферных растворах, рН которых соответствуют физиологическим значениям нативного состояния фермента, однако поскольку большинство субстратов этих ферментов гидрофобно, это не позволяет получить высокую концентрацию субстрата в водном буфере, в результате чего значительно понижается скорость реакции и, следовательно, ее эффективность.

Дорте Ротер (Dörte Rother) и Андре Якоблиннерт (Andre Jakoblinnert) нашли подходы к решению этой проблемы. Исследователи провели двухстадийную биокаталитическую реакцию, взяв в качестве катализатора вместо выделенных и очищенных ферментов лиофилизированные клетки рекомбинантной Escherichia coli, содержащие эти ферменты. Для такой реакции в качестве растворителя может применяться и органический растворитель, что позволяет увеличить концентрацию субстрата в реакционной смеси. Ранее сообщалось только о четырех примерах биотрансформаций, в которых в качестве катализатора реакции, протекающей в органической среде, содержащей небольшое количество воды, при этом все эти реакции представляли собой одностадийные процессы.

Для проведения двухстадийной каскадной реакции, катализируемой лиофилизированными клетками, нет необходимости вносить в реакционную смесь кофакторы этих ферментов. (Рисунок из Green Chem., 2014, DOI: 10.1039/c4gc00010b)

Николас Тернет (Nicholas Turner), специалист по биологическим катализаторам из Университета Манчестера поясняет, в чем состоит преимущество новой стратегии. Он отмечает, что Ротер и Якоблиннерт смогли использовать одновременно карболигазу и оксидоредуктазу, чтобы конвертировать недорогие исходные материалы в оптически чистый 1-фенилпропан-1,2-диол. Вицинальные диолы, подобные этому соединению, применяются, для изготовления фармакологически активных веществ, например дилтиазема (гипотензивного антиаритмического блокатора кальциевых каналов), а также соединений, применяющихся в сельском хозяйстве. Разработанный процесс, который отличается высокой стереоселективностью (ee/de >99%) позволяет говорить о реакциях, катализируемых лиофилизатом клеток, как о новой перспективной стратегии синтеза.

Есть надежда, что применение клеток в качестве катализаторов может существенно упростить процесс и сделать его менее опасным с точки зрения влияния на окружающую среду, однако для этого, по крайней мере, необходимо определить E-факторы, величины, указывающие на количество отходов, образующихся на единицу массы целевого продукта.

Источник: Green Chem., 2014, DOI: 10.1039/c4gc00010b

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #органическая химия