پژوهشگران TU Graz برای نخستین بار، یک آنزیم را طوری اصلاح کردند که به جای انجام عملکرد طبیعی خود، ساختارهای مولکولی حلقه مانند بسازد. پژوهشگران نقش این آنزیم‌ها را در کاتالیست‌های زیستی مورد بررسی قرار داده‌اند.
این پژوهش در نشریه Angewandte Chemie منتشر شده است که به تولید داروها و تولیدات حفاظت از گیاهان مرتبط است. کاتالیست‌های زیستی از آنزیم‌ها برای ایجاد واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کنند. این نوع از «شیمی نرم»، استفاده از معرف‌های سمی یا حلال‌ها را در سنتزهای موجود تا درجات زیادی جایگزین می‌کند. با این حال، یک چالش بزرگ در کاتالیست‌های زیستی، گسترش این مفهوم به واکنش‌های شیمایی کاملاً نوین است که تاکنون در آنزیم‌هایی موجود در طبیعت قابل دسترسی نبوده است.
این فرضیه نوین توسط تیمی از پژوهشگران در TU Graz به سرپرستی رولف برینبایر، رئیس مؤسسه Organic Chemistry و کاترین هکنبیخلر که این پژوهش را در چهارچوب رساله دکترای خود در مؤسسه Organic Chemistry دنبال می‌کند، ایجاد شد.
برینبایر در این خصوص توضیح می‌دهد: «برای نخستین بار، موفق شدیم آنزیمی را به گونه‌ای دست‌کاری کنیم که به جای عملکرد طبیعی، عملکردی هیجان‌انگیزتر در زمینه سنتز داشته باشد. در واقع به جای کاهش پیوندهای دوگانه در یک فرایند کاتالیزوری، این آنزیم اکنون ساختارهای مولکولی‌ای در شکل حلقه‌های کوچک می‌سازد. با تغییر تنها یک آمینواسید در مرکز فعال آنزیم، ما توانستیم واکنش طبیعی آن را سرکوب کرده و یک دوره واکنش‌های جدید را تسهیل کنیم.»
این تیم به سرپرستی هکنبیخلر و برینبایر توانستند با استفاده از کاتالیست‌های زیستی، سیکلوپروپان‌ها که مولکول‌های بسیار کوچک حلقه مانند و به شکل یک مثلث هستند را تولید کنند. چنین سیستم‌های حلقه‌ای، که سیستم‌های سه‌حلقه‌ای نیز نامیده می‌شوند، نه تنها در بسیاری از زیست مولکول‌ها وجود دارند، بلکه در محصولات محافظت از گیاهان و داروهای ضدبارداری، درمان کننده آسم و ایدز نیز یک عامل ساختاری مهم هستند. پژوهش مذکور در نشریه Angewandte Chemie منتشر شده است.
به طور موازی، پژوهشگران هم‌چنین برای تسلط بر کایرالیتی مولکول‌های تولید شده تلاش‌هایی کردند که در تولید دارو اهمیت بسیار بالایی دارد. کایرالیتی، یا همان راست دستی و چپ دستی مولکول‌ها، توضیح می‌دهد که چگونه دو اتم می‌توانند به صورت آینه‌ای در یک مولکول قرار بگیرند. البته با این‌که یک واریانت این انانتیومرها می‌تواند مفید و دیگری مضر باشد، امروزه ارزش زیادی روی استفاده از واریانت درمانی برای تولید داروها گذاشته می‌شود. این امر تضمین کننده عملکرد بسیار تخصصی داروها بوده و هیچ عوارض جانبی نامطلوبی به علت وجود دوقلوهای کایرالیتی رخ نمی‌دهد.
کاترین هکنبیخلر فرآیند و نتیجه به‌کارگیری کاتالیست‌های زیستی زیرلایه را اینگونه شرح داده است: «برای ممکن ساختن تمایز بهینه میان آنزیم و زیرلایه، ما زیرلایه‌ای را با باقی مانده زیاد طراحی کردیم و با انجام این کار توانستیم به طور ایده‌آلی از شرایط فضایی در مرکز فعال آنزیم برای تولید سیکلوپروپان در انانتیومری بالا، استفاده کنیم.» پژوهشگران قصد داشتند تنها، انانتیومر مطلوب را از دو مولکول سه حلقه‌ای کایرال تولید کنند.»
❇ ترجمه: آزاده داودی
