آنزیم مهندسی شده رکوردهای سرعت را در واکنش ارگانیک آرام بخش می شکند | پژوهش

یک آنزیم مهندسی شده برای انجام یک واکنش آلی به‌شدت آهسته ساخته شده است، و عملکرد آن بسیار بهتر از سایر کاتالیزورهای شناخته شده برای این تبدیل است.

این توسعه تکنیک‌های بیوشیمیایی را برای واکنش موریتا-بیلیس-هیلمن (MBH) اعمال می‌کند، که معمولاً برای ایجاد پیوند کربن-کربن بین یک آلکن و الکتروفیل کربن، مانند یک آلدئید، استفاده می‌شود و در نتیجه محصولاتی ایجاد می‌کند که می‌توانند در سنتزهای بعدی استفاده شوند. .

اما اگرچه در سنتز آلی بسیار مفید است، واکنش MBH با کاتالیزورهای موجود – معمولاً نوکلئوفیل‌های مولکولی کوچک مانند ایمیدازول – بسیار کند است که اغلب روزها و گاهی هفته‌ها طول می‌کشد تا مقدار مفیدی از یک محصول تولید شود. در مقایسه، آنزیم جدید مهندسی شده – با نام BH32.14 – در قدر سریعتر است و همچنین انتی انتخابی است.

نتایج نشان می‌دهد که حتی غلظت‌های بسیار پایین آنزیم BH32.14 که به واکنش MBH اضافه می‌شود، بسیار بهتر از غلظت‌های بسیار بزرگتر کاتالیزورهای موجود است. آنتونی گرین، استاد شیمی آلی و بیولوژیکی در دانشگاه منچستر و نویسنده ارشد مطالعه جدید، می‌گوید در مقابل، واکنش فقط چند ساعت طول می‌کشد تا چند روز.

گرین می گوید: کاتالیزورهای معمولی که برای این واکنش استفاده می کنید، هسته دوست های کوچک هستند. زیبایی زیست شناسی این است که اگر بتوانید آنزیمی را مهندسی کنید یا پروتئینی را برای انجام این واکنش طراحی کنید، شتاب سرعت در مقایسه با هر چیزی که با شیمی مولکول های کوچک به دست آمده است قابل توجه است.

واکنش MBH پیچیده ترین واکنشی است که مهندسی آنزیم تاکنون در مورد آن اعمال شده است.

آنزیم جدید از پروتئینی با طراحی محاسباتی به نام BH32 که چند سال پیش توسط تیمی به رهبری دیوید بیکر بیوشیمیدان دانشگاه واشنگتن در سیاتل ساخته شد، ایجاد شد. بیکر یکی از نویسندگان جدیدترین مطالعه است.

گرین توضیح می‌دهد که تیم بیکر امیدوار بودند آنزیمی بسازند که به عنوان یک کاتالیزور کارآمد در واکنش MBH عمل کند، اما آنزیم‌هایی به دست آوردند که عملکرد ضعیفی داشتند. گرین می گوید: «آنها از نظر کاتالیزوری ثابت بودند، اما مطمئناً کاتالیزورهای قابل دوام نبودند.

برای ایجاد آنزیم BH32.14، محققان به رهبری گرین «بهینه‌سازی تکاملی» را برای آنزیم‌های توسعه‌یافته توسط تیم بیکر اعمال کردند – فرآیندی برای استفاده از فناوری‌های مهندسی پروتئین، اتوماسیون و غربالگری با توان بالا برای بهبود مکرر آنزیم. تقریبا دو سال تا تکمیل گرین اضافه می کند که اکنون که به طور کامل شناسایی شده است، آنزیم می تواند به سرعت در مقادیر مفید از طریق سنتز DNA ساخته شود.

این توسعه نوید مهندسی آنزیم ها و پروتئین های دیگر را به عنوان کاتالیزور در فرآیندهای چند مرحله ای مانند واکنش MBH نشان می دهد. محققان می‌نویسند: «مکانیسم‌های کاتالیزوری جدید را می‌توان در پروتئین‌ها مهندسی کرد تا تحولات شیمیایی چالش‌برانگیزتر را تسریع بخشد».

تیم باگ، استاد شیمی بیولوژیکی در دانشگاه وارویک که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید که نتایج تأیید می‌کند که BH32.14 در مقایسه با کاتالیزورهای مولکول کوچک موجود عملکرد مطلوبی دارد. او می‌گوید: «آنزیم‌های مهندسی‌شده به‌دست‌آمده می‌توانند واکنش MBH را با استفاده از طیف وسیعی از سوبستراها، با عملکرد خوب و انانتیومر زیاد، کاتالیز کنند».

او می‌گوید رویکردی که گرین و همکارانش اتخاذ کرده‌اند، پتانسیل مهندسی آنزیم را برای کشف کاتالیزورهای جدیدی که در طبیعت یافت نمی‌شوند، نشان می‌دهد، رویکردی که «می‌تواند برای رویکردهای شیمی سبز برای سنتز استفاده شود».