Forskare har utvecklat en ny metod som hjälper till att göra värdefulla föreningar genom att använda en unik kombination av katalysatorer.

En studie publicerad i Natur rapporterade en ny katalytisk metod som kombinerar enzymatiska katalysatorer med fotokatalysatorer.

Huimin Zhao, Professor i kemi- och biomolekylär teknik och ledare för forskningstemat Biosystems Design vid Carl R. Woese Institute for Genomic Biology vid University of Illinois, ledde forskningen tillsammans med John Hartwig, Professor i kemi vid University of California, Berkeley, som tidigare var professor vid University of Illinois och är en mångårig medarbetare till Zhao's. Medförfattare inkluderar Yajie Wang, en doktorand vid avdelningen för kemisk och biomolekylär teknik vid University of Illinois, och Zachary Litman, en postdoktor vid University of Michigan.

Alla organismer är beroende av kemiska reaktioner för att göra olika naturliga produkter. Kemiska reaktioner kan orsakas av ett antal katalysatorer, såsom enzymatiska eller kemiska katalysatorer.

Forskare använder ofta kombinationer av enzymatiska och kemiska katalysatorer för att orsaka reaktioner som resulterar i högre avkastning än vad som kan uppnås med enbart enzymer. Högre avkastning är fördelaktigt när forskare vill använda dessa reaktioner för att göra användbara produkter som biobränslen och läkemedel.

Men att kombinera enzymatiska och kemiska katalysatorer är svårt att göra – de två katalysatorerna är inte naturligt kompatibla; de fungerar bäst under olika förhållanden och temperaturer.

Ser behovet av nya tillvägagångssätt, Wang och Litman kom på en idé:att kombinera enzymatisk katalys och fotokatalys.

Fotokatalys, som använder ljus för att stimulera en kemisk reaktion, är för närvarande ett populärt forskningsområde.

"Många forskare har försökt utveckla nya fotokatalysatorer för olika reaktioner, " sade Zhao. "Och enzymkatalys är ett relativt gammalt område."

Medan fotokatalys och enzymkatalys har studerats separat, få forskare har satt samman dessa två katalysatorer.

Teamet studerade flera enzymer och fotokatalysatorer och hittade ett par som fungerar tillsammans.

"Om du använder en ljusdriven process istället för en som drivs av värme, då kommer det att vara kompatibelt med enzymerna, sa Hartwig.

De visade inte bara att enzymatiska katalysatorer och fotokatalysatorer kan kombineras, men att denna kombination också kan vara produktiv. Deras metod kunde skapa några viktiga aktiva farmaceutiska intermediärer (API) för framställning av farmaceutiska läkemedel.

"(Denna forskning) skulle vara ganska användbar för syntetisk kemi, sa Hartwig.

Zhao sa att de kommer att bedriva ytterligare forskning inom detta område som en del av Illinois Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI), ett samarbete mellan Carl R. Woese Institute for Genomic Biology och Institutet för hållbarhet, Energi, och miljö.

Ett av CABBI:s mål är att konstruera biologiska system som producerar icke-naturliga föreningar, som kan användas för biobränslen, flygbränsle, smörjmedel, och mer.

Forskarna hoppas kunna hitta fler kombinationer av fotokatalysatorer och enzymatiska katalysatorer för fler kemiska reaktioner.

"Detta är bara ett första exempel, ", sa Zhao. "Vi vill hitta fler kemoenzymatiska system för olika typer av reaktioner."

Zhao förväntar sig att denna forskning också kommer att inspirera till nya upptäckter.

"Det finns många nya fotokatalysatorer för olika typer av reaktioner, och det finns många enzymer, "Så jag kan se att detta kommer att stimulera forskare att utveckla nya system som kan kombinera dessa två typer av katalysatorer för att göra en mängd olika användbara föreningar."