TU Graz-forskare lyckades för första gången någonsin att "omskola" ett enzym för att bygga ringformade molekylära strukturer istället för att utföra sin naturliga uppgift att reducera dubbelbindningar. Verket publicerades i Angewandte Chemie , och är relevant för tillverkning av läkemedel och växtskyddsmedel.

Biokatalys använder enzymer för att åstadkomma kemiska reaktioner. Denna typ av "mjuk kemi" ersätter i hög grad användningen av giftiga reagens eller lösningsmedel i befintliga synteser. Dock, en stor utmaning inom biokatalys är att utvidga detta koncept till helt nya kemiska reaktioner som hittills inte är tillgängliga för enzymer som finns i naturen. En sådan ny design skapades av ett team av forskare vid TU Graz ledd av Rolf Breinbauer, chef för Institutet för organisk kemi, och Kathrin Heckenbichler, som bedriver denna forskning inom ramen för en doktorsavhandling vid Institutet för organisk kemi. Breinbauer säger, "För första gången, vi har lyckats manipulera ett enzym så att det inte utför sin naturliga funktion, utan snarare en mycket intressantare funktion sett till syntes. Istället för att reducera dubbelbindningar i en katalytisk process, enzymet skapar nu molekylära strukturer i form av små ringar. Genom att endast byta ut en aminosyra i enzymets aktiva centrum, vi har lyckats undertrycka den naturliga reaktionen och underlättat ett nytt reaktionsförlopp."

Teamet ledd av Heckenbichler och Breinbauer kunde producera "cyklopropaner, ' extremt små ringformade molekyler i form av en triangel, med hjälp av biokatalys. Sådana ringsystem, även kallade treringssystem, förekommer inte bara i många biomolekyler, de är också ett viktigt strukturellt element i växtskyddsmedel och i läkemedel som p-piller, läkemedel som används för att behandla astma- och AIDS-mediciner. Verket har publicerats i det aktuella numret av Angewandte Chemie .

Molekylens goda och dåliga "hand".

Parallellt med detta, forskarna lyckades också bemästra kiraliteten hos den producerade molekylen, som är av stor betydelse vid framställning av läkemedel. Chiralitet, eller molekylernas "handlighet", beskriver hur två molekyler av samma atom kan struktureras på ett spegelvänt sätt – antingen högerhänt eller vänsterhänt. En variant av dessa enantiomerer kan vara användbar och den andra skadlig, och det läggs idag stort värde på att endast använda den botande varianten vid framställning av läkemedel. Detta säkerställer att mediciner fungerar mycket specifikt och att inga oönskade biverkningar uppstår på grund av så kallade kirala tvillingar. Kathrin Heckenbichler förklarar processen och resultatet av den biokatalytiska implementeringen av substratet:"För att möjliggöra en optimal kiral igenkänning mellan enzym och substrat, vi designade ett substrat med en stor rest. Genom att göra det här, Vi skulle idealiskt kunna utnyttja de rumsliga förhållandena i enzymets aktiva centrum för att producera en cyklopropan i hög enantiomer renhet." Forskarna lyckades producera endast den önskade enantiomeren från de två möjliga kirala treringade molekylerna.

Forskargruppen från TU Graz lyckades genomföra en viktig utökning av sin biokatalytiska repertoar för att öppna dörren till olika tillämpningar, särskilt i den "gröna" produktionen av nya mediciner och den ekonomiska produktionen av generiska läkemedel, aromatiska ämnen och växtskyddsmedel. Syftet med denna så kallade gröna kemi, till vilken biokatalys kan hänföras, är att använda milda och miljövänliga reagenser, innehålla miljöföroreningar, och spara energi och kostnader.