Forskare från gruppen Synthetic Organic Chemistry vid Aalto-universitetet har etablerat ett innovativt system som använder enzymer för valorisering av biogena furaner, leder till organiska strukturer som till exempel finns i dofter, läkemedel och komplexa bioaktiva naturprodukter, såsom vitaminer.

Furfural är en vanlig föregångare till många furanbaserade kemikalier. Det är en viktig kemisk plattform som härrör från lignocellulosabiomassa, ur vilken flera framgångsrika strategier för furanbaserade biobränslen och gröna lösningsmedelslösningar har uppstått under de senaste åren. Dock, när det gäller tillämpningar inom finkemikalieproduktion, bristen på komplexitet och kravet på miljömässigt tvivelaktiga och kostsamma tungmetallkatalysatorer utgör allvarliga utmaningar på vägen mot kemiska produkter med högt värde.

Genom att helt lita på naturens katalysatorer – enzymerna – ger den nu etablerade tekniken högsta biokompatibilitet och ett mycket grönare fotavtryck jämfört med traditionella metoder.

Genom att försöka imitera klassisk kemi som ursprungligen inte finns i naturen, Syftet är att utöka den biokatalytiska verktygslådan och använda enzymer på ett mer mångsidigt sätt.

"I denna speciella enzymatiska reaktion, vi kunde inte bara ersätta det vanliga iridiumet, det är ett av de mest sällsynta elementen i jordskorpan och därmed oöverkomligt dyrt, med en enkel proteinkatalysator. Använda enzymer i denna transformation, vi kan nu för första gången genomföra reaktionen på ett mer stereoselektivt sätt och därmed erhålla de värderade laktonprodukterna med högre renhet", säger postdoktorn Yu-Chang Liu.

Forskarna kunde vidare föra tillbaka den nyupptäckta enzymfunktionen i en naturlig miljö genom att infoga den genetiska koden för det nödvändiga proteinet i en bakterievärd. Således, en av nyckelomvandlingarna kan utföras i en särskilt utformad mikroorganism som leder till möjligheten att använda celler för att producera högvärdiga kemikalier från furaner.

"Med införandet av verkligt icke-naturliga funktioner i levande organismer, vi kommer att kunna utöka biologiska produktionsscenarier avsevärt i framtiden. Förmågan att övertyga mikroorganismer att också engagera sig i transformationer som inte är naturligt kodade i någon biosyntetisk väg öppnar möjligheter att slå samman traditionella kemistrategier med den kraftfulla nya världen av modern bioteknik", förklarar forskningsledare professor Jan Deska.

Studien, med titeln "Enantiokonvergent biokatalytisk redoxisomerisering, " publicerades nyligen i Angewandte Chemie International Edition .