Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Axit Boronic đã được sử dụng trong hóa học hữu cơ trong nhiều thập kỷ, mặc dù nó không có trong bất kỳ sinh vật nào. Gerard Roelfes, Giáo sư Hóa học Phân tử Sinh học & Xúc tác tại Đại học Groningen, giải thích: “Nó tạo ra các phản ứng hóa học khác với những phản ứng chúng ta tìm thấy trong tự nhiên”. Nhóm của ông đã tạo ra một loại enzyme có axit boronic ở trung tâm phản ứng của nó và sau đó sử dụng quá trình tiến hóa có định hướng để làm cho nó có tính chọn lọc cao hơn và cải thiện khả năng xúc tác của nó. Hơn nữa, các phản ứng enzyme bền vững hơn các phản ứng hóa học cổ điển vì chúng diễn ra ở nhiệt độ thấp và không có dung môi độc hại. Nghiên cứu được trình bày trực tuyến trên tạp chí Nature vào ngày 8 tháng 5.

Ứng dụng của boron trong hóa học hữu cơ đã tồn tại từ khoảng 70 năm trước và đã được trao Giải Nobel Hóa học vào năm 1979. Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến boron như một chất xúc tác đã tăng lên, nhưng cho đến nay, việc sử dụng boron trong ngành hóa học vẫn còn hạn chế.

Roelfes: 'Cho đến nay, quá trình xúc tác boron quá chậm và không phù hợp lắm cho các phản ứng chọn lọc đối quang.' Những loại phản ứng này được sử dụng để tạo ra các phân tử bất đối, có thể tồn tại ở hai phiên bản là hình ảnh phản chiếu của nhau, như tay trái và tay phải. Ở nhiều loại thuốc, cả hai “bàn tay” đều có thể có tác dụng khác nhau. Vì vậy, điều quan trọng là phải chọn lọc sản xuất “tay” phù hợp, đặc biệt đối với ngành dược phẩm.

Mã di truyền mở rộng

'Để thực hiện được điều này, chúng tôi bắt đầu đưa boron vào một loại enzyme. Nhóm của chúng tôi có lịch sử lâu dài trong việc thiết kế các enzym không tồn tại trong tự nhiên.” Nhóm Roelfes đã sử dụng mã di truyền mở rộng để đưa một axit amin không tự nhiên có chứa nhóm axit boronic phản ứng vào một enzyme. ‘Sử dụng kỹ thuật này, chúng tôi có thể xác định ở cấp độ DNA nơi chúng tôi đặt axit amin vào protein.’ Sau khi tạo ra enzyme có axit boronic ở trung tâm phản ứng, các nhà khoa học có thể sử dụng quá trình tiến hóa có định hướng để tăng hiệu quả của enzyme, dẫn đến xúc tác nhanh hơn. ‘Hơn nữa, bằng cách đặt axit boronic vào môi trường bất đối của một enzyme, chúng tôi có thể đạt được chất xúc tác có tính đối kháng chọn lọc cao.’ Phản ứng được mô tả trên tạp chí Nature là một “bằng chứng về nguyên tắc” và cho thấy cách khai thác khả năng xúc tác của boron trong enzyme.

Sinh học xúc tác

Sử dụng enzyme để tạo ra các hợp chất hữu cơ rất quan trọng đối với ngành dược phẩm. 'Trong nỗ lực hướng tới những cách sản xuất thuốc xanh hơn và bền vững hơn, họ đang xem xét xúc tác sinh học để thay thế các phản ứng hóa học thông thường.' Tại Đại học Groningen, những nỗ lực phối hợp đang được thực hiện nhằm hướng tới mục tiêu này. 'Chúng tôi có một số nhóm nghiên cứu tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật tham gia vào loại công việc này, sử dụng các phương pháp tiếp cận khác nhau để tạo ra các giải pháp xúc tác sinh học cho ngành hóa chất.' Trong bối cảnh này, Roelfes và nhóm của ông sẽ tiếp tục phát triển các enzym axit boronic của họ và tạo ra các enzym mới có tính chất tự nhiên khác.

Nguồn bài viết: Tài liệu do University of Groningen. cung cấp. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
Lars Longwitz, Reuben B. Leveson-Gower, Henriëtte J. Rozeboom, Andy-Mark W. H. Thunnissen, Gerard Roelfes. Boron catalysis in a designer enzyme. Nature, 2024; DOI: 10.1038/s41586-024-07391-3

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240508171213.htm