Бионический фермент - уже не фантастика

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2016, №8)

Возможно, скоро появится новый способ получения лекарств, пестицидов и других веществ, необходимых нам в повседневной жизни. Ученым из Национальной лаборатории Беркли, работающим под руководством Джона Хартвига, удалось впрячь в одну телегу «коня и трепетную лань». Они получили катализатор для ускорения принципиально новых химических реакций («Nature», 2016; doi: 10.1038/nature17968).


Исследователи получили металлопротеин, заместив железо, входящее в состав белка мышечной ткани (миоглобина), иридием — благородным металлом, который, как известно, в биомолекулах не встречается. Оказалось, что иридийсодержащий миоглобин может ускорять новый тип химической реакции — конверсию связи С-Н в связь С-С. Таким образом, бионический фермент катализирует реакцию, которую не могут катализировать ни природные, ни модифицированные ферменты.

По словам Хартвига, еще никому до сих пор не удавалось соединить два разных типа катализатора в одну систему. Таким же способом можно будет синтезировать бионические катализаторы для любой области химии, в которой необходимы быстрые и селективные каталитические процессы.

Ферменты, то есть биологические катализаторы белкового строения, ускоряют реакции в живых организмах. Они имеют много преимуществ перед синтетическими катализаторами: синтезируются сами, очень селективны, работают при температуре, близкой к комнатной, и нормальном атмосферном давлении, в водной среде и при значениях рН, близких к нейтральным. Современные методы молекулярной биологии позволяют модифицировать ферменты, вырабатываемые живыми организмами, увеличивать их активность, селективность и долговечность.



s20160814 chem ferment.jpg

Схематичное представление искусственного металлопротеина. Порфириновый центр сложного белка природного происхождения (пептидная часть белка — белая) содержит не обычное для гемового центра железо, а иридий (в центре). Фермент ускоряет присоединение связи С-Н к двойной связи С=С и образование новой связи С-С


Несмотря на столь очевидные преимущества ферментов в сравнении с синтетическими катализаторами, есть у них и недостаток — круг реакций, которые ферменты катализируют, все же узок. Ферменты незаменимы при получении молекул, которые нужны для жизни и производятся живыми системами, но практически непригодны для получения синтетических органических веществ, таких как полимеры или лекарства.

Дело в том, что металлы, входящие в состав активных центров ферментов — железо, медь или хром (чаще всего они управляют работой окислительно-восстановительных процессов), не в состоянии конкурировать со «стандартами» современного гомогенного металлокомплексного катализа — платиной, иридием, рутением или палладием. Именно эти благородные элементы могут ускорять ключевой для современной синтетической химии процесс — образование связи С-С.

Суть идеи в том, чтобы заменить железо в миоглобине на иридий и объединить синтетические возможности благородных металлов и способность ферментов работать в мягких условиях. Как показали исследования, идея себя оправдала, и теперь уже вполне можно говорить о новом типе катализаторов — бионических ферментах, содержащих в активном центре металлы платиновой триады.

Разные разности

05.08.2019 10:00:00

...как следует из данных, полученных межпланетным аппаратом «Кассини», кольца Сатурна намного моложе самой планеты...

…опубликованы результаты второго этапа проекта «Микробиом человека»...

...ферменты бактерий, обитающих в человеческом кишечнике, могут превратить эритроциты групп крови А в эритроциты «универсальной» крови группы 0...

>>
30.07.2019 17:30:00

Климатологи из Саскачеванского университета проанализировали данные о почти девяти тысячах дождей, собранные с 1964 по 2013 год. Вывод оказался таким: чем сильнее развивается глобальное потепление, тем чаще случаются именно катастрофические ливни.

>>
24.07.2019 15:30:00

Масштаб голодания в североамериканских учебных заведениях оценила аспирантка Флоридского университета Асиль Эль-Зайн. Проведенный ею опрос показал, что 19% студентов недоедает, а каждый четвертый постоянно с ужасом думает, где взять деньги на завтрашнюю еду.

>>
08.07.2019 16:00:00

...необходимы новые оценки значимости научных журналов, более широкие и прозрачные, чем импакт-фактор...

...деградацию полиэтиленового и полистиролового мусора в море ускоряет специализированное сообщество бактерий...

...смертность африканских слонов от браконьерства снизилась с 10% в 2011 году до менее 4% в 2017-м, вероятно, из-за запрета на торговлю слоновой костью в Китае...

>>
28.06.2019 14:00:00

Доктор Аниш Бхува из Лондонского университетского колледжа решила проследить за изменениями системы кровоснабжения у тех, кто впервые решил пробежать лондонский марафон.

>>