Белковый "плащ" готовит катализатор к каскадной реакции

В наших клетках фермент реагируют с субстратами, после чего продукт такой реакции вступает в реакцию с другим ферментом, благодаря чему в любой живой системе происходит целый каскад реакций (например – аэробное расщепление глюкозы). К глубокому сожалению химиков, введение в такой биологический каскад катализатора на основе переходного металла разрушает каскад из-за того, что либо производное металла, либо ферменты начинают инактивировать друг друга. Из-за такой несовместимости для разработки новых химических превращений исследователям приходилось модифицировать существующие ферменты вместо того, чтобы использовать металлокомплексные катализаторы.

Химики из группы Томаса Варда (Tom Ward), работающие в Университете Базеля, работали над получением искусственных металлоферментов, пытаясь ввести атомы переходного металла в структуру белков. Таким образом были получены катализаторы, способные промотировать химические реакции, недоступные ни для классических ферментов, ни для металлокомплексных катализаторов. Вард решил развить работу по поиску новых катализаторов за счет комбинации синтетических металлоферментов с природными ферментами.

Оболочка из стрептавидина защищает металллокомплексный катализатор и фермент друг от друга, позволяя им работать в тандеме. (Рисунок из Nat. Chem., 2012, DOI: 10.1038/nchem.1498)

Чтобы проверить, насколько осуществима такая комбинации, исследователи решили использовать фермент моноаминоксидазу для синтеза энантиомерно чистых аминов. Моноаминоксидаза представляет собой специфичную оксидазу, которая работая совместно с восстановителем и катализатором, может способствовать превращению рацемической смеси аминов лишь в один энантиомер. Обычно для получения аминов используется гетерогенный катализ, и твердый катализатор вводят в реакционную смесь после проведения стадии, катализируемой моноаминоксидазой. Искусственный металлофермент между тем может быть и гомогенным, что позволило бы не разделять процесс получения энантиомерно чистого амина на две отдельные стадии.

Исследователи получили искусственную трансфергидрогеназу [artificial transfer hydrogenase (ATH)], экранировав содержащий иридий катализатор восстановления белком стрептавидином (streptavidin). Использование моноаминоксидазы и иридийсодержащего катализатора не приводило к какому-либо эффекту, однако когда вместо комплекса иридия была использована искусственная трансфергидрогеназа, наблюдалось протекание каскада реакций. Модификация и оптимизация ферментов позволила добиться эффективности реакции в 99%, при этом энантиомерный избыток процесса также составлял также 99%. Коринна Хесс (Corinna Hess from) из Университета Дарема отмечает, что работа наглядно иллюстрирует то, что искусственные ферменты не являются исключительно новшеством для биологии, демонстрируя перспективы их применения в катализе.

По материалам chemport.ru