Исследователи определили ключевые ингредиенты для производства высокоценных химических соединений, безвредным для окружающей среды способом: многократно ферментов, любопытство, и немного света.
В статье, опубликованной в Nature, описываются исследования Xiaoqiang Хуанг (на фото), научный сотрудник Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, кафедры химической и биомолекулярной инженерии (чье) и Карл Р. Везе Института геномной биологии (ВЖБ). Хуан работает в лаборатории профессора, чье Чжао Хуэйминь, руководитель темы преобразования в Центр современной биоэнергетики и биопродуктов инноваций (CABBI), Департамента энергетики США, финансируемых биоэнергетики научно-исследовательского центра (ДЦ).
Катализаторы-это вещества, используемые для ускорения химических реакций; в живых организмов, молекул белка, называемого ферменты катализируют реакции в процессе биокатализа.
Биокатализ стремительно превращается в тонкий, подвижный способ синтезировать ценные вещества. Ученые исследуют способность ферментов катализировать различные реакции, и не зря: биокаталитические реакции являются высокоизбирательными, это означает, что ученые могут использовать ферменты, чтобы действовать на специальных подложках и создание целевых продуктов.
Ферментативных реакций также являются очень устойчивыми, так как они относительно недороги, потребляют низкий уровень энергии, и минимальный ущерб для окружающей среды: в то время как химические катализаторы, как правило, требуют органических растворителей, тепла и высокого давления для функции биокатализаторов работы в водных растворах, работающих при комнатной температуре и нормальном давлении условия.
Несмотря на их ценность для науки и устойчивости, ферменты могут быть сложными для работы. Реакций ферменты могут катализировать только те, встречающихся в природе, это означает, что ученым часто трудно отследить совершенные биокатализатор для удовлетворения их потребностей.
Этот процесс похож на смешивание краски: как художник может творчески уже смешивать цвета на палитре для получения нужного оттенка? На языке химических реакций: как ученые смогут использовать ферменты уже существующих в природе, чтобы создать продукты, которые они нужны?
Исследовательская группа разработала решение: видимый свет-индуцированной реакции, которая использует фермент семьи Эне-редуктазы (РП) как биокатализатор и может производить высокие урожаи ценного хиральные карбонильные соединения.
«Наше решение можно считать ‘перепрофилировать’.Мы берем известные ферменты, которые происходят в природе, и перепрофилировать их для Романа реакции», — сказал Чжао.
Другими словами, исследователи не должны добавлять новый вид краски на палитре, они обнаружили хитрый способ объединить то, что уже есть.
Эти «перепрофилированы» ферментативных реакций, являются не только экономически и экологически эффективным, но крайне желательно: хиральные карбонильные соединения имеют потенциал применения в фармацевтической промышленности используется для производства наркотиков.
Решение команды особенно уникален тем, что он сливает биокатализа с фотокатализ — где свет используется в качестве возобновляемого источника энергии активации — в романе, photoenzymatic реакции.
В ходе исследования ученые проверили различных субстраты (т. е. вещество, на котором катализатором действия), документирование РП ферментов реактивность в ответ на каждое. Этот процесс сравним с химическим выпечки сухое шоколадное печенье: поддерживая уровень постоянного света и настройки «ингредиенты» (т. е. ор и подложки), команда смогла постепенно круг на желаемой реакции.
Используя химический выводы и умный дизайн, чтобы синтезировать продукты с добавленной стоимостью характерна тема преобразования CABBI по.
«Создание новых функции фермента является одним из основных научных задач CABBI», — сказал Чжао. «Это исследование решает эту задачу по раскрытию Роман использует для ферментов и показывая, на что они способны.»
Субстраты, используемые в данном исследовании (соединений углеводородов, известных как алкены) также соответствуют миссии CABBI по расследованию применения растительной биомассы. В принципе, жирных кислот из культуры, такие как мискантус, сорго и сахарного тростника могут быть превращены в алкены, которые затем могут быть использованы в нефтяной основе субстратов для получения ценных соединений.
Путем смешивания био — и фотокатализа и экспериментируя с различными реакционными «ингредиенты» это исследование расширило РП фермента репертуар синтезировать высокой стоимости, высокого количества соединений.
Но слияние света с ферментами-это только начало.
«Мы отнюдь не ограничивается созданием хиральные карбонильные соединения», — сказал Хуан. «Мы надеемся, что это исследование вдохновит ученых объединить несколько типов ферментов и исследовать новые варианты реактивности.»
В будущем, исследователи могут опираться на это исследование, чтобы создать еще более разнообразный портфель продуктов, и дальнейшего расширения экономических и экологических преимуществ ферментов.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!