Конструисан је нови биокаталитички пут који директно претвара алдехиде у амиде – неопходан за многе молекуле лекова. Нови приступ, који користи кисеоник из ваздуха и воду као растварач, коришћен је за редизајн синтетичких путева за пет молекула лекова, показујући како може да понуди одрживији, зеленији и ефикаснији приступ за синтезу лекова.
Амидне везе су уобичајене у лековима јер су хемијски стабилне, лако се формирају и биокомпатибилне. Они такође помажу у контроли својстава као што су растворљивост, облик и интеракције молекула са протеинима у телу. Док сама амидна веза не чини нешто леком, она је често кључни структурни елемент који успоставља равнотежу између стабилности молекула и биолошке активности.
Обично се амидне везе стварају хемијском синтезом спајањем карбоксилних киселина – које су изведене из алдехида или алкохола – са аминима. Међутим, процес захтева прекурсоре у високом активационом стању од киселина, стратегије заштитне групе, токсичне реагенсе за спајање и катализаторе прелазних метала, као и велике количине органских растварача, што ствара отпад и захтева више енергије. Последњих година, одрживији, ензимски путеви су пројектовани коришћењем лигаза зависних од АТП; међутим, они и даље зависе од прекурсора карбоксилне киселине.
сада, Ксиаогуанг Леи и колеге са Универзитета у Пекингу, Кина, конструисали су нови биокаталитички пут са ‘ниском активацијом’ који у потпуности заобилази карбоксилне киселине, уместо да синтетише амидне везе директно из алдехида или, у два корака, из алкохола.
„Почели смо питањем да ли се ензим који обично претвара алдехиде у карбоксилне киселине може убедити да уради нешто другачије“, објашњава Леи. „Током своје нормалне реакције, овај ензим, алдехид дехидрогеназа, накратко формира високо реактивни интермедијер. Желели смо да знамо да ли можемо да редизајнирамо ензим тако да, уместо да реагује са водом да направи киселину, интермедијер реагује са амином и формира амид.’
Да би то урадио, тим је користио технике протеинског инжењеринга да преобликује активно место алдехид дехидрогеназе, производећи ензиме које су назвали оксидативним амидазама. Када реагује са алдехидом, активно место је омогућило амину да уђе и реагује са интермедијером уместо са водом, да би директно произвео амиде. Када се полази од алкохола, други ензим је прво коришћен за претварање алкохола у алдехид пре него што је следио исти пут.
Леи објашњава да је највећи изазов био спречити воду да реагује са интермедијером унутар ензима, истовремено охрабрујући амин да надмаши воду како би могао да ‘отме’ интермедијер. Да би то урадио, тим је променио пХ на око 10, што је осигурало да је амин довољно нуклеофилан. У међувремену, хидрофилни остаци у природном ензиму су замењени онима који одбијају воду.
„Да би се ово постигло, била је потребна пажљива структурна анализа и прецизан редизајн активног места ензима да би се контролисао и простор и хемијско окружење“, каже Леи. „Један изненађујући резултат је био колико је мало промена у ензиму било потребно да би се његова хемија потпуно преусмерила. Само четири циљане мутације биле су довољне да се главни производ пребаци са киселине на амид.’
Резултати су открили да систем функционише на много различитих алдехида и амина, укључујући супстрате релевантне за лекове. Као доказ концепта, истраживачи су показали да оксидативне амидазе могу поједноставити производњу пет главних фармацеутских производа, укључујући лекове који се користе за лечење анемије и леукемије.
„Импресиван рад на ензимском инжењерингу Леија и сарадника пружа ново биокаталитичко одвајање амида, почевши од прекурсора амина и алдехида“, коментарише Јасон Мицкелфиелд који истражује биокатализу на Империјал колеџу у Лондону. „Свака нова биокаталитичка алтернатива је драгоцена, и желим да видим да ли ће се метода показати тако разноврсном као и ранији приступ лигази зависан од АТП-а.“
„Наша дугорочна нада је да ће ова хемија омогућити хемичарима да дизајнирају путеве синтезе лекова на потпуно нове начине, почевши од једноставнијих и лакше доступних грађевинских блокова као што су алкохоли“, каже Леи. „Сада радимо на проширењу спектра ензима и супстрата, побољшању ефикасности и истраживању како се ова стратегија може применити на индустријски релевантну фармацеутску производњу.“
