מדענים יצרו אנזים המשלב חומצה בורונית, אשר משפרת את הכוח הקטליטי והסלקטיביות שלה באמצעות אבולוציה מכוונת, ומציעה אלטרנטיבה בת קיימא יותר לתגובות כימיות מסורתיות. חידוש זה לא רק מזרז את הקטליזה אלא גם משיג אננטיוסלקטיביות גבוהה, חיונית לייצור מולקולות כיראליות הדרושות בתרופות.
בורוני חוּמצָה נמצא בשימוש בכימיה אורגנית במשך עשרות שנים, למרות שלא נמצא בשום אורגניזם חי.
"זה גורם לתגובות כימיות שונות מאלה שאנו מוצאים בטבע", מסביר ג'רארד רולפס, פרופסור לכימיה ביומולקולרית וקטליזה באוניברסיטת חרונינגן. הקבוצה שלו יצרה אנזים עם חומצה בורונית במרכז התגובה שלו ולאחר מכן השתמשה באבולוציה מכוונת כדי להפוך אותו לסלקטיבי יותר ולשפר את הכוח הקטליטי שלו.
זהו ג'רארד רואלפס, פרופסור לכימיה ביו-מולקולרית וקטליזה באוניברסיטת חרונינגן והמחבר הראשי של המאמר ב-Nature. קרדיט: אוניברסיטת חרונינגן
יתר על כן, תגובות אנזימטיות בנות קיימא יותר מתגובות כימיות קלאסיות, שכן הן מתרחשות בטמפרטורות נמוכות וללא ממיסים רעילים. המחקר הוצג באינטרנט בכתב העת טֶבַע ב-8 במאי.
היישום של בורון בכימיה אורגנית מתחיל כשבעים שנה וזכה בפרס נובל לכימיה בשנת 1979. בשנים האחרונות גדל העניין בבור כזרז, אך עד כה השימוש בו בתעשייה הכימית מוגבל. רולפס: 'עד כה, קטליזה של בורון איטית מדי והיא לא מתאימה במיוחד לתגובות אננטיוסלקטיביות'.
סוגים אלה של תגובות משמשים ליצירת מולקולות כיראליות, שיכולות להתקיים בשתי גרסאות שהן תמונות מראה זו של זו, כמו יד שמאל וימין. בתרופות רבות, לשתי ה'ידיים' יכולה להיות השפעה שונה. לכן, חשוב לייצר באופן סלקטיבי את ה'יד' המתאימה, במיוחד עבור תעשיית התרופות.
קוד גנטי מורחב
״כדי לאפשר את זה, יצאנו להחדיר בורון לאנזים. לקבוצה שלנו יש היסטוריה ארוכה של עיצוב אנזימים שלא קיימים בטבע״. קבוצת Roelfes השתמשה בקוד גנטי מורחב כדי להחדיר לאנזים חומצת אמינו לא טבעית המכילה קבוצת חומצה בורונית תגובתית. "באמצעות טכניקה זו, אנו יכולים לקבוע ב- DNA רמה שבה אנו מניחים את חומצת האמינו בחלבון.'
זהו ייצוג סכמטי של האופן שבו כימאים מאוניברסיטת חרונינגן הכניסו חומצת אמינו מלאכותית המכילה בורון לאנזים. קרדיט: Roefels Lab / אוניברסיטת חרונינגן
ברגע שהם יצרו אנזים עם חומצה בורונית במרכז התגובה שלו, הם יכלו להשתמש באבולוציה מכוונת כדי להגביר את היעילות שלו, וכתוצאה מכך לזרז מהיר יותר. "יתר על כן, על ידי הצבת החומצה הבורונית בהקשר הכיריאלי של אנזים, הצלחנו להשיג קטליזה אננטיוסלקטיבית ביותר." התגובה המתוארת בכתב העת Nature היא 'הוכחה לעיקרון' ומראה את הדרך לרתימת הכוח הקטליטי של בורון באנזימים.
ביוקטליזה
שימוש באנזימים ליצירת תרכובות אורגניות חשוב לתעשיית התרופות.
"בדחיפה שלהם לדרכים ירוקות ובר-קיימא יותר לייצור תרופות, הם בוחנים ביוקטליזה כדי להחליף תגובות כימיות קונבנציונליות." באוניברסיטת חרונינגן נעשים מאמצים משותפים לקראת מטרה זו. "יש לנו מספר קבוצות מחקר בפקולטה למדעים והנדסה העוסקות בעבודה מסוג זה, תוך שימוש בגישות שונות ליצירת פתרונות ביו-קטליטיים לתעשייה הכימית". בהקשר זה, Roelfes וצוותו ימשיכו לפתח את אנזימי החומצה הבורונית שלהם וליצור אנזימים חדשים מסוג זה.
