Новая система для удешевления производства лекарств

Источник: 1board.ru

Исследователи из Института химических технологий (ITQ), Политехнического Университета Валенсии, Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Технологического Университет Делфта (Нидерланды) разработали новую фотобиокаталическую систему. Новинка может существенно упростить и удешевить производство лекарственных препаратов, пестицидов и других сложных химических продуктов. В системе роль катализатора выполняют ферменты, вода используется как поставщик свободных электронов, а источником энергии для осуществления реакций является ультрафиолетовый и видимый свет. Термодинамическая движущая сила, необходимая для окисления воды, получается из видимого и УФ света при помощи простых фотокатализаторов на основе диоксида титана.

Руководителями проекта являются Авелино Корма (ITQ) и Фрэнк Холлманн (Технологический Университет Делфта). Фотобиокаталитическая система использует ферменты для выполнения энантиоселективных реакций. Во многих процессах органического синтеза в качестве готового продукта получается смесь двух изомеров — энантиомеров. Эти вещества имеют один и тот же химический состав. Но расположение атомов в их молекулярной структуре является зеркальным по отношению друг к другу (можно сравнить с правой и левой рукой у человека). Биологические свойства изомеров могут быть совершенно различными — один изомер может быть лекарством, а второй — токсином. Но физические и химические свойства изомеров идентичны, поэтому их трудно отделить друг от друга. Энантиоселективные реакции — реакции, позволяющие получать строго определенный тип изомера.

Как отмечает профессор Корма, ферменты являются природными катализаторами и действуют во всех в живых организмах. Некоторые из ферментов можно выделить и использовать в качестве катализаторов химических реакций на промышленном уровне. Но многие ферменты, такие как оксидоредуктаза, весьма интересные для промышленности, не используются из-за высокой стоимости процесса. Это объясняется тем, что для выполнения каталитической функции ферментов требуются кофакторы — молекулы высокой стоимости, действующие в качестве посредников. Система может быть упрощена с помощью косубстратов, обеспечивающих регенерацию кофакторов. Но со временем косубстраты теряют способность реагировать и образуется реакционный остаток. В итоге возникают отходы и финансовые потери.

В новой системе роль косубстрата играет обычная вода. Взаимодействие воды, солнечного света и фотокатализатора — полупроводника приводит к образованию электронов и протонов, необходимых для работы фермента оксидоредуктазы. Как уточняет соавтор проекта Сара Илборра, в системе участвует еще один посредник — флавинмононуклеотид. Он принимает электрон от окисленной воды и передает его ферменту. Фермент, в свою очередь, запускает гидрирование молекул в ходе энантиоселективной реакции. Процесс повторяется снова и снова, термодинамическая энергия получается от света, все происходит при комнатной температуре и без образования отходов. Новая система является очень простой альтернативой чрезвычайно сложным методам, используемым сегодня. В итоге ферментативные процессы, которые ранее ограничивались высокой стоимостью кофакторов, становятся экономически эффективными.