Amidler ve tiyoesterler kimyada her yerde bulunan bileşiklerdir ve ilaçların, doğal ürünlerin ve gelişmiş malzemelerin üretiminde kullanılır. Geleneksel olarak bunların sentezi, israfa neden olan reaktifler, toksik metaller veya yoğun enerji gerektiren koşullar içeren karmaşık bir iştir.
Enzimlerin kullanımı burada çevre dostu ve verimli bir alternatif sunabilir. Bununla birlikte, yerleşik biyokatalitik yöntemler genellikle enzimatik dönüşümü destekleyen ATP gibi pahalı kofaktörlere (yardımcı moleküller) ihtiyaç duyar. Ayrıca enzimatik dönüşümün kapsamı, istenen ürünün yalnızca birkaç yapısal çeşidinin elde edileceği şekilde oldukça sınırlı olabilir.
Şu anda yayınlanan çalışmada Angewandte Chemie Uluslararası SürümüBiyokataliz araştırmacıları, alkol dehidrojenaz (ADH) enzimleri kullanılarak amidlerin ve tioesterlerin nispeten basit bir şekilde nasıl üretilebileceğini ortaya koyuyor. Ayrıca enzim mühendisliğini kullanarak bu enzimatik dönüşümün kapsamını genişletmeyi başardılar.
ADH enzimlerine yeni bir numara öğretmek
Doğada, alkol dehidrojenazlar bir alkolün bir karbonil bileşiğine oksidasyonunu katalize eder, dolayısıyla isimleri de buradan gelir. Bu geri dönüşümlü bir dönüşüm olduğundan, ADH’ler aynı zamanda karbonil bileşiklerinin alkollere indirgenmesini de katalize edebilir. “İndirgeme yönü” aslında ADH’lerin endüstride, özellikle prokiral ketonlardan başlayarak kiral ikincil alkollerin üretilmesinde en yaygın uygulamasıdır. Sonuç olarak enzimlere aynı zamanda karbonil redüktazlar veya ketoredüktazlar olarak da anılır.
HIMS Biocat araştırmacıları tarafından yürütülen mevcut araştırma, artık alkol oksidasyonunun ileri yolunu kullanarak endüstriyel alet çantasına katkıda bulunuyor. Ekip makalelerinde ADH’lere nasıl yeni bir numara öğretebildiklerini anlatıyor: alkoller, aminler veya tiyoller arasında doğrudan bağlantılar oluşturmak.
Etkili, temiz sentez
Peki işin püf noktası nedir? Bir ADH, bir alkolü bir aldehite oksitlediğinde, aldehit, bir nükleofil görevi gören bir amin veya bir tiyol ile yerinde reaksiyona girebilir. Bu ilave reaksiyon, sırasıyla hemiaminal veya hemitioasetal adı verilen ara maddeleri oluşturur.
Enzim orada durmak yerine bu ara ürünler üzerinde ikinci bir oksidasyon adımını gerçekleştirmeye devam eder. Sonuç, endüstriyel sentezde oldukça değerli bileşikler olan sırasıyla bir amid veya bir tiyoesterin oluşumudur.
Araştırmacılar bir dizi ADH’yi test ederek vakaların yaklaşık yarısında yeni “oksidatif eşleşmeyi” ortaya çıkarmayı başardılar. Alkol substratına kıyasla enzimin yalnızca %0,1 mol’ü kullanıldığında verim %99’a ulaştı. Reaksiyonun ölçeklenebilirliği de kanıtlanmıştır.
Sonuç olarak, ADH’lerin bu uygulaması, amidlerin ve tioesterlerin etkili, temiz bir sentezine giden yolu açıyor. Pahalı ATP’ye, aktifleştirilmiş ara maddelere veya zorlu reaksiyon koşullarına gerek kalmadan yalnızca enzim, hava ve sulu tampon.
Kapsamın genişletilmesi
Kapsamı daha da genişletmek için araştırmacılar protein mühendisliğini kullandılar. Tasarlanan enzim, anahtar kalıntıları mutasyona uğratarak ve aktif bölgeyi açarak, daha hacimli aminlerin ve tiyollerin kabulüne olanak tanıdı ve daha zorlu amidlerin ve tioesterlerin sentezine olanak sağladı. Araştırmacılar, gelecekte daha fazla protein mühendisliği gerçekleştirerek ve diğer ADH’leri test ederek kapsamın çok daha geniş olmasını bekliyor.
Bu çalışma, bilinen enzimlerin “gizli reaktivitesini” keşfetmenin ve değiştirmenin yeni, yararlı biyotransformasyonlara nasıl yol açabileceğini gösteriyor. Bu yeşil ve çok yönlü yöntem, farmasötiklerin, zirai kimyasalların ve biyomateryallerin temelini oluşturan yapı taşlarının sentezlenmesi için sürdürülebilir bir platform sağlayarak daha temiz endüstriyel kimyaya büyük ölçüde katkıda bulunur.
