Biokatalitička primjena halogenhidrin dehalogenaza u svrhu priprave kiralnih građevnih blokova

Biokatalitička primjena halogenhidrin dehalogenaza u svrhu priprave kiralnih građevnih blokova
Datum početka projekta
01.10.2009.
Datum kraja projekta
30.09.2011.
Status
Završen
Kategorija projekta
Projekti Fonda "jedinstvo uz pomoć znanja"

Sposobnost enzima da katalizira transformacije neprirodnih supstrata koristi se u sintetskoj organskoj kemiji posebno za sintezu kiralnih molekula, a do danas je preko 300 postupaka našlo primjenu u industriji. Međutim, zbog nepostojanja odgovarajućeg biokatalizatora često je željenu biotransformaciju nemoguće provesti. Nedavno je otkriveno da halogenhidrin dehalogenaze kataliziraju nekoliko vrlo atraktivnih neprirodnih reakcija, otvaranje epoksida koristeći nukleofile poput azida, cijanida, cijanata, nitrita i tiocijanata. Ove reakcije predstavljaju izvrsnu metodu za pripravu enantiomerno čistih građevnih blokova, a dostupnost ovakvih produkata putem enzimske katalize je od velikog značenja za kemijsku i farmaceutsku industriju. Ciljana sinteza aktivnog enantiomera može poboljšati ekonomičnost industrijskih procesa jer se koristi manja količina skupih polaznih materijala, a s druge strane se smanjuje količina otpadnih produkata kemijske sinteze. Sve to ima pozitivan ekonomski i  ekološki utjecaj.

U prirodi je do danas otkriveno svega nekoliko halogenhidrin dehalogenaza, a samo je jedna dostatno biokatalitički karakterizirana. Projekt predviđa ispitivanje nove halogenhidrin dehalogenaze, enzima izArthrobacter sp.,s ciljem proširenja njihove biokatalitičke primjene. Na osnovu molekulskog modeliranja, te s narednom sintezom i testiranjem očekujemo da će se otkriti odnos između strukture supstrata, enzimske aktivnosti te enantioselektivnosti. Ispitivanjem niza supstrata i reakcijskih uvjeta očekujemo da ćemo doći do kandidata od važnosti za industrijsku primjenu. Nadalje, za očekivati je da će ova istraživanja osim što će razotkriti biokatalitička svojstva i primjenu nove halogenhidrin dehalogenaze, postaviti čvrste temelje za dizajn poboljšanih varijanti enzima metodama genetičkog inženjerstva.

Rezultati

U okviru ovog projekta, ispitan je enzim iz bakterije Arthrobacter species AD2 (HheA). HheA spada među jeftine i za okolinu sigurne katalizatore, a može se jednostavno dobiti putem fermentacije. Kroz ova smo istraživanja otkrili da je HheA izuzetno regioselektivan biokatalizator, sa znatno širim spektrom supstrata u odnosu na ostale ispitivane halogenhidrin dehalogenaze, dok u isto vrijeme enantioselektivnost većine reakcija niska do osrednja. Ova svojstva čine HheA pogodnim biokatalizatorom za sintezu akiralnih i racemičnih b-supstituiranih alkohola. Za primjenu u enantioselektivnoj sintezi potrebno je ovaj enzim modificirati metodama genetskog inženjerstva.

Sudjelovanje na kongresima

Maja Majerić Elenkov, Mirjana Čičak, Irena Dokli, Ana Brcko, Branka Salopek Sondi: "Catalytic Activity of Halohydrin dehalogenases Towards Spiroepoxides", 12th Tetrahedron Symposium, 21.-24. 06. 2011., Sitges, Spain.

Ines Primožič, Tomica Hrenar, Maja Majerić Elenkov: "Theoretical Study on the Enantioselective Epoxide Ring Opening by Halohydrin Dehalogenase from Arthrobacter sp." 17th European Symposium on Organic Chemistry (ESOC2011) 10.-15. 07. 2011, Crete, Greece.

Glavni istraživač / voditelj
Maja Majerić Elenkov

Maja Majerić Elenkov, dr. sc.

viši znanstveni suradnik +385 1 456 0965

Ostali suradnici

Dr. sc. Branka Salopek Sondi

Dr. sc. Ines Primožič

Irena Dokli, dipl. ing.

Ana Brcko, dipl. ing.

Mirjana Čičak

Partnerske institucije

Chirallica d.o.o., Zagreb

Sveučilište u Zagrebu, Zagreb