En unik kombination af katalysatorer åbner døre til fremstilling af nyttige forbindelser

Forskere har udviklet en ny metode, der hjælper i processen med at fremstille værdifulde forbindelser ved at bruge en unik kombination af katalysatorer.

En undersøgelse offentliggjort i Natur rapporteret om en ny katalytisk metode, der kombinerer enzymatiske katalysatorer med fotokatalysatorer.

Huimin Zhao, Professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab og leder af forskningstemaet Biosystems Design ved Carl R. Woese Institute for Genomic Biology ved University of Illinois, ledet forskningen sammen med John Hartwig, Professor i kemi ved University of California, Berkeley, som tidligere var professor ved University of Illinois og er en mangeårig samarbejdspartner for Zhao's. Medforfattere inkluderer Yajie Wang, en kandidatstuderende i afdelingen for kemisk og biomolekylær teknik ved University of Illinois, og Zachary Litman, en postdocstipendiat ved University of Michigan.

Alle organismer er afhængige af kemiske reaktioner for at lave forskellige naturlige produkter. Kemiske reaktioner kan forårsages af en række katalysatorer, såsom enzymatiske eller kemiske katalysatorer.

Forskere bruger ofte kombinationer af enzymatiske og kemiske katalysatorer til at forårsage reaktioner, der resulterer i højere udbytter end hvad der kan opnås med enzymer alene. Højere udbytter er gavnlige, når forskere ønsker at bruge disse reaktioner til at fremstille nyttige produkter såsom biobrændstoffer og lægemidler.

Men det er svært at kombinere enzymatiske og kemiske katalysatorer – de to katalysatorer er ikke naturligt kompatible; de fungerer bedst under forskellige forhold og temperaturer.

Ser behovet for nye tilgange, Wang og Litman kom på en idé:at kombinere enzymatisk katalyse og fotokatalyse.

Fotokatalyse, som bruger lys til at anspore en kemisk reaktion, er i øjeblikket et populært forskningsområde.

"Masser af forskere har forsøgt at udvikle nye fotokatalysatorer til forskellige reaktioner, " sagde Zhao. "Og enzymkatalyse er et relativt gammelt område."

Mens fotokatalyse og enzymkatalyse er blevet undersøgt separat, få forskere har sat disse to katalysatorer sammen.

Holdet studerede flere enzymer og fotokatalysatorer og fandt et par, der arbejder sammen.

"Hvis du bruger en lysdrevet proces i stedet for en drevet af varme, så vil det være kompatibelt med enzymerne, sagde Hartwig.

De viste ikke kun, at enzymatiske katalysatorer og fotokatalysatorer kan kombineres, men at denne kombination også kan være produktiv. Deres metode var i stand til at skabe nogle få vigtige aktive farmaceutiske mellemprodukter (API'er) til fremstilling af farmaceutiske lægemidler.

"(Denne forskning) ville være ret nyttig til syntetisk kemi, sagde Hartwig.

Zhao sagde, at de vil forfølge yderligere forskning på dette område som en del af Illinois' Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI), et samarbejde mellem Carl R. Woese Instituttet for Genomisk Biologi og Institut for Bæredygtighed, Energi, og miljø.

Et af CABBIs mål er at konstruere biologiske systemer, der producerer ikke-naturlige forbindelser, som kan bruges til biobrændstoffer, flybrændstoffer, smøremidler, og mere.

Forskerne håber at finde flere kombinationer af fotokatalysatorer og enzymatiske katalysatorer til flere kemiske reaktioner.

"Dette er kun et første eksempel, " sagde Zhao. "Vi ønsker at finde flere kemoenzymatiske systemer til forskellige typer reaktioner."

Zhao forventer, at denne forskning også vil inspirere til nye opdagelser.

"Der er mange nye fotokatalysatorer til forskellige typer reaktioner, og der er mange enzymer, " sagde han. "Så jeg kan se, at dette vil stimulere forskere til at udvikle nye systemer, der kan kombinere disse to typer katalysatorer til fremstilling af en lang række nyttige forbindelser."