Nova hemija, nova enzimologija. Sa novom metodom koja spaja najbolje od dva sveta – jedinstvene i komplementarne aktivnosti enzima i fotohemije malih molekula – istraživači sa UC Santa Barbara otvorili su vrata novim katalitičkim reakcijama. Njihov sinergistički metod omogućava nove proizvode i može da pojednostavi postojeće procese, posebno sintezu nekanonskih aminokiselina, koje su važne za terapeutske svrhe.
„Ova metoda rešava ono što je po mom mišljenju jedan od najvažnijih problema u našoj oblasti: kako razviti nove katalitičke reakcije u opštem smislu koje su nove i za biologiju i za hemiju“, rekao je profesor hemije Jang Jang, autor rada. koji se pojavljuje u časopisu Science. „Povrh toga, proces je stereoselektivan, što znači da može izabrati željeni „oblik“ rezultujuće amino kiseline.“
Sinergistička fotobiokatalitička metoda se sastoji od dve katalitičke reakcije koje se istovremeno javljaju. Fotohemijska reakcija stvara kratkotrajni intermedijerni molekul koji radi sa reaktivnim intermedijerom enzimskog procesa, što rezultira aminokiselinom.
Strana biokatalize počinje sa enzimom koji aktivira obilni prirodni aminokiselinski supstrat i formira enzimski intermedijer. U međuvremenu, na sintetičkoj strani, fotokatalizator malih molekula je napravljen da apsorbuje vidljivu svetlost kako bi koristio energiju za aktiviranje drugog supstrata. Ova reakcija stvara kratkotrajnu radikalnu vrstu — prolazni, visoko reaktivni molekul koji je alat Jang Lab-a po izboru.
Ono što se tiče radikala (takođe poznatih kao „slobodni radikali“) je da ne samo da imaju tendenciju da budu kratkotrajni, već ih je i teško oboriti.
„Opšti konsenzus je bio da ako formirate radikal u rastvoru ili izvan proteinskog džepa, moglo bi mu se dogoditi toliko stvari pre nego što bi mogao da uradi nešto produktivno, kao što je podvrgnut nuspojavama, ili da bude uništen“, Jang rekao.
Ali laboratorijski as u rupi je srednji molekul generisan enzimskom reakcijom, koji može uhvatiti slobodni radikal.
„Dakle, sada je najvažniji i zanimljiv korak da kada formiramo ovu prolaznu i kratkotrajnu vrstu slobodnih radikala, ona može putovati do aktivnog mesta enzima i reagovati sa enzimski formiranim, aktiviranim kovalentnim intermedijernim molekulom“, rekao je Jang. U suštini smo konstruisali sistem u kome radikal može efikasno da reaguje sa enzimski formiranim intermedijerom i vrši stereoselektivnu hemiju.“
Jang laboratorija traži ovu efikasnost u svom pokušaju da stvori platformu za stereoselektivnu nekanonsku sintezu aminokiselina („nekanonska“ jednostavno znači da se ovi blokovi za izgradnju proteina ne nalaze u genima organizama). Kao prvo, proces je selektivan za različite ‘oblike’ ili rasporede atoma u odnosu jedan prema drugom unutar nastalih molekula – važan faktor u svetu stereohemije (takođe poznat kao 3D hemija). Drugo, konvencionalna metoda sinteze nekanonskih amino kiselina je komplikovan proces u više koraka.
„Naš proces skraćuje nekanonsku sintezu aminokiselina u tri do pet koraka. Za aminokiseline sa više stereogenih centara, suštinski ne postoje hemijska sredstva za pripremu ovih jedinjenja stereokontrolom.“ rekao je Jang. Za proizvođače peptidnih terapija, ovo bi moglo da promeni igru. Jang je primio upite od farmaceutske i biotehnološke industrije o potencijalnoj primeni ovih tehnologija za sintezu aminokiselina.
I tu se ne zaustavlja. Ova metoda bi mogla otvoriti nova vrata u bio- i sintetičkoj katalizi, omogućavajući istraživačima da rade sa lukavim radikalima, pristupe ranije nedostižnim jedinjenjima i molekulima i otkriju ranije nepoznate reakcije.
