Boronsyra har använts i organisk kemi i decennier, även om det inte finns i någon organism. "Det ger upphov till andra kemiska reaktioner än de vi hittar i naturen", förklarar Gerard Roelfes, professor i biomolekylär kemi och katalys vid universitetet i Groningen.
Hans grupp skapade ett enzym med borsyra i dess reaktiva centrum och använde sedan riktad evolution för att göra det mer selektivt och för att förbättra dess katalytiska kraft. Dessutom är enzymatiska reaktioner mer hållbara än klassiska kemiska reaktioner, eftersom de sker vid låga temperaturer och utan giftiga lösningsmedel. Studien publicerades online i tidskriften Nature den 8 maj.
Tillämpningen av bor i organisk kemi går tillbaka till ett sjuttiotal år och belönades med Nobelpriset i kemi 1979. Under de senaste åren har intresset för bor som katalysator vuxit, men än så länge är dess användning i den kemiska industrin begränsad.
Roelfes förklarar, "Än så länge är borkatalysen för långsam och den är inte särskilt lämplig för enantioselektiva reaktioner. Dessa typer av reaktioner används för att skapa kirala molekyler, som kan existera i två versioner som är spegelbilder av varandra, som en vänster. och en högerhand.
"I många läkemedel kan båda händerna ha olika effekt. Det är därför viktigt att selektivt producera rätt hand, särskilt för läkemedelsindustrin."
"För att göra detta möjligt, bestämde vi oss för att introducera bor i ett enzym. Vår grupp har en lång historia av att designa enzymer som inte finns i naturen", säger Roelfes. Roelfes-gruppen använde en utökad genetisk kod för att introducera en icke-naturlig aminosyra som innehåller en reaktiv boronsyragrupp i ett enzym. "Med den här tekniken kan vi på DNA-nivå bestämma var vi placerar aminosyran i ett protein."
När de väl gjorde ett enzym med boronsyra i dess reaktiva centrum kunde de använda riktad evolution för att öka dess effektivitet, vilket resulterade i snabbare katalys. Roelfes tillägger, "Dessutom, genom att placera boronsyran i det kirala sammanhanget av ett enzym, kunde vi uppnå mycket enantioselektiv katalys. Reaktionen som beskrivs är ett bevis på principen och visar vägen till att utnyttja borets katalytiska kraft i enzymer."
Att använda enzymer för att skapa organiska föreningar är viktigt för läkemedelsindustrin. "I sin strävan mot grönare och mer hållbara sätt att producera läkemedel tittar de på biokatalys för att ersätta konventionella kemiska reaktioner", säger Roelfes.
Vid universitetet i Groningen görs gemensamma ansträngningar för att uppnå detta mål. Roelfes avslutar:"Vi har ett antal forskargrupper vid fakulteten för naturvetenskap och teknik som är engagerade i den här typen av arbete och använder olika tillvägagångssätt för att skapa biokatalytiska lösningar för den kemiska industrin."
I detta sammanhang kommer Roelfes och hans team att fortsätta att utveckla sina boronsyraenzymer och skapa andra sådana nya enzymer i naturen.
Mer information: Gerard Roelfes, Boron catalysis in a designer enzyme, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07391-3. www.nature.com/articles/s41586-024-07391-3
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Groningen
