Biokataliza in encimska kataliza

Visoko selektivni, aktivni katalizatorji, ki podpirajo novo, trajnostno kemijo

Pregled
Sorodni viri
Publikacije
Podobni izdelki
Več informacij

Kaj je biokataliza?

Biokataliza ali encimska kataliza uporablja biološko aktivne sestavine za kataliziranje kemičnih transformacij. Biokataliza omogoča spekter reakcij, osredotočenih predvsem na ogljik, v okoljih, ki segajo od brezceličnih, popolnoma in vitro do procesov, ki jih posreduje fermentacija v živih celičnih kulturah.

Biokataliza predstavlja koristno alternativo tradicionalni kemični katalizi iz več razlogov. Encimske biokatalizatorske reakcije:

So zelo kemo-, regio- in enantiospecifični
Pogosto imajo hitro kinetiko
Delujejo v blažjih pogojih kot kemični katalizatorji
Odpravite vprašanje odpadkov, toksičnosti in stroškov kovinskih katalizatorjev
Zmanjšajte energetske potrebe, povezane s kemičnimi reakcijami

Usmerjeni inženiring biokatalizatorjev izboljšuje stabilnost topil pri povišanih temperaturah, kar omogoča široko uporabo biokatalize v farmacevtski, kemični, biogorivni in živilski industriji.

Biokataliza PAT v razvoju procesa

Brezplačna bela knjiga

Prenesite to brezplačno belo knjigo, če želite izvedeti, kako PAT in podatkovna znanost pri raziskavah, razvoju in proizvodnji procesov biokatalize omogočata hitro identifikacijo nevzdržnih poti sinteze, meritve kinetičnih reakcij ter presejanje in nadzor procesnih parametrov.

Zakaj je biokataliza pomembna?

Biokataliza je povezana z "zeleno", trajnostno in stroškovno učinkovito proizvodnjo kemičnih izdelkov. V primerjavi s kemokatalizo biokatalizatorji ponujajo inherentne prednosti za sintezo, vključno z:

Znatna raznolikost spojin, bodisi iz naravnih ali gensko spremenjenih virov, za reševanje širokega razpona kemičnih transformacij
Specifičnost biokatalitičnih reakcij, ki blažijo potrebo po specifičnih klasičnih strategijah kemijske sinteze/predelave, kot so uporaba blokovnih / deblokiralnih skupin, ločevanje enantiomernih zmesi in obdelava za odstranjevanje neželenih stranskih produktov
Poenostavitev infrastrukture in zahtev po surovinah, saj se lahko številni postopki biokatalize izvedejo v reakcijah v enem loncu in odpravijo reakcijske korake, ki jih zahteva tradicionalna kemična kataliza

Encimi, ki se uporabljajo v biokatalizi, imajo pomembne in pogosto uporabljene sposobnosti, ki vključujejo:

A) Funkcionalna vezava za specifično skupino ali lokacijo in ciljno prepoznavanje drugih bioloških zdravil ali majhnih molekul

B) Spodbujanje združevanja ali premikanja drugih bioloških zdravil ali majhnih molekul

C) Strukturne ali elektrostatične lastnosti, ki olajšajo transport ionov

D) Urejeno k neurejenim strukturnim transformacijam in s tem različnim katalitičnim aktivnostim

E) Alosterične ali posredne spremembe, ki inducirajo ali zavirajo encimsko aktivnost

Raziskave izboljšanih ali modificiranih rekombinantnih biokatalizatorjev še naprej širijo svojo uporabnost v ostri kemiji, izboljšujejo obseg reakcije, robustnost encimov in možnost ponovne uporabe. Naravni in inženirski biokatalizatorji so zdaj na voljo za izvajanje ključnih kemijskih transformacij, kot so tvorba C-C vezi, amidnih vezi, tvorba kiralnih aminov in funkcionalizacija C-H.

Biokataliza, encimi in biotransformacije

Področje uporabe encimov, ki se uporabljajo za biotransformacije, je izjemno široko in zajema skoraj vse industrijske sektorje, vključno s hrano, farmacijo, tekstilom, biogorivi, papirjem, kemikalijami in gospodinjskimi izdelki. Pri sintezi finih kemikalij, farmacevtskih izdelkov in sorodnih intermediatov se je biokataliza (tj. encimska kataliza ali encimsko posredovana kataliza) hitro razvila kot omogočitvena tehnologija. Encimi so na voljo za različne biotransformacije, kot so oksidacije, redukcije, dodajanja in izločanja.

Šest glavnih razredov encimov in primeri uporabe:

1. Oksidoreduktaze, ki katalizirajo molekularne oksidacije in redukcije. Encimi monooksigenaze z molekularnim kisikom omogočajo tvorbo vezi CO, specifični encimi pa so bili zasnovani tako, da omogočajo oksidacijo alkoholov, ketonov, aldehidov in aminov. Kar zadeva redukcije, ketoreduktaze (KREDS) in dehidrogenaze omogočajo sintezo enantiospecifičnih alkoholov. Drugi encimi lahko zmanjšajo vezi, kot je C = N, in pretvorijo nitrile v amine.

2. Transferaze so uporabne za prenos funkcionalnih skupin iz ene molekule v drugo. Kinaze in fosfataze (dodajanje in odstranjevanje fosfatov) so še posebej pomembne za molekularne signalne kaskade, replikacijo DNA, transkripcijo RNA in druge funkcije. Obstaja tudi veliko biološko pomembnih transferaz, ki služijo funkcijam, kot je pretvorba ketonov ali aldehidov v amine in ki to lahko počnejo stereoselektivno.

3. Hidrolaze katalizirajo hidrolizo različnih substratov. Nukleaze ali proteaze so plodne in bistvene pri recikliranju nukleinskih kislin in peptidov. Hidrolaze, kot so lipaza, proteaza in acilaza, delujejo kot katalizatorji za dodatke Michael 1,4, ki se pogosto uporabljajo za tvorbo vezi C-C in ogljik-heteroatom.

4. Liaze na splošno katalizirajo reakcije z nastajanjem ali izločanjem dvojnih vezi. Za razliko od substitucijske reakcije s hidrolazami so reakcije karboksilaze ali dekarboksilaze pogoste v farmacevtski biokatalizi za dodajanje ali odstranjevanje CO₂, kot tudi C-N liaze, ki se lahko uporabijo za proizvodnjo aminokislin, vključno s substituiranimi asparaginskimi kislinami in alanini.

5. Izomeraze omogočajo preureditev atomov v molekuli. Izomeraze, kot so racemase, invertirajo stereokemijo na ciljnem kiralnem ogljiku, cis-trans izomeraze pa katalizirajo izomerizacijo cis-trans izomerov v alkenih ali cikloalkanih. Pretvorba glukoze v fruktozo prek glukozne izomeraze predstavlja pomembno industrijsko encimsko biotransformacijo.

6. Ligaze tvorijo nove kemične vezi tako, da združijo dve molekuli, da tvorijo večjo molekulo. Ena najpomembnejših aplikacij je uporaba DNA ligaze pri tvorbi rekombinantnih molekul DNA in so dopolnilo endo- ali eksonukleazam.

Operacije, ki podpirajo biokatalizo

Proizvodnja encimskih katalizatorjev. Na splošno se naravni ali rekombinantni encimi za biokatalizo najprej sintetizirajo s fermentacijami, najpogosteje z uporabo bakterij, občasno pa izhajajo iz kultur kvasovk. Čeprav se encimi lahko proizvajajo v bolj zapletenih celičnih kulturah sesalcev, bakterije in kvasovke običajno vsebujejo dovolj in naravno prisotnih molekularnih poti, da dosežejo zlaganje in zmerne posttranslacijske spremembe, potrebne za rekombinantne biokatalitične encime. Encimi, ki nastanejo s takšnimi fermentacijami, se običajno zbirajo z lizo ali drugimi motnjami celičnih struktur, da se sprostijo rekombinantni encimi in se nadalje očistijo v procesu, podobnem drugim biološkim Farmacevtskih izdelkov. Fermentacija, žetev in nadaljnja obdelava predstavljajo svoje izzive, ki jih rešujemo z uporabo procesne analitične tehnologije (PAT).

Stabilizacija in imobilizacija. Encimska imobilizacija se uporablja za doseganje bolj stabilnih, aktivnih in enzimskih encimov za večkratno uporabo. Na splošno se lahko zamreženi encimski agregati (CLEA) tvorijo z več različnimi trdnimi substrati, kot so silicijev dioksid, smole ali polimeri, kot je PEG in celo drugi kompleksi, kot so lipidni nanodelci (LNP). Za nekatere aplikacije pretočne kemije se lahko CLEA oblikujejo tudi na površinah in senzorjih, kot so tisti, ki se uporabljajo pri površinskih meritvah za analitične in katalitične namene. Podobne rešitve za formulacijo cepiv in adjuvantne postopke obravnavajo izzive sinteze sorodnih komponent, adsorpcij, konjugacij ali drugih povezav ter stabilnosti in formulacije izdelka.

Zajem in izolacija izdelka. Po biokatalizi se CLEA ločijo od produkta in ostankov reaktantov ter se nato lahko reciklirajo ali kako drugače zadržijo. Produkti majhnih molekul se lahko nato izolirajo s filtracijo ali kromatografskimi postopki, čeprav mnogi procesi še naprej dajejo prednost metodam kristalizacije. Izdelki za biokatalizo velikih molekul bi se na splošno nadaljevali s tradicionalnimi nadaljnjimi delovnimi tokovi.

Spremenljivke, ki vplivajo na biokatalizo

Razumevanje praktične razpolovne dobe in stabilnosti katerega koli prostega, substratno vezanega ali površinsko imobiliziranega encima je lahko ključnega pomena za oblikovanje ustreznih protokolov biokatalize. Premisleki vključujejo:

Topila—Številni naravni encimi se borijo z reakcijami organskih topil. Nenehno razvijajoči se profil inženirskih ali rekombinantnih encimov izboljšuje združljivost s pogoji organskih topil. Rekombinantni encimi so zdaj sposobni katalizirati reakcije v okoljih organskih topil, na primer omogočajo uporabo modificiranih fosforamiditov pri sintezi oligonukleotidov.
pH—Encimi na splošno najbolje delujejo v ozkih razponih pH in prenašajo spremembe pH <0,5 pH enot. Zato je nadzor pH pogosto kritičen parameter za upoštevanje številnih biokatalitičnih reakcij in ga je lahko težko ali dolgočasno ročno nadzorovati.
Temperatura—Naravni encimi in njihovi rekombinantni kolegi delujejo učinkovito pri določenih temperaturah s precej ozkimi razponi. Temperaturna odstopanja lahko povzročijo spremembe v kinetiki reakcije, donosu izdelka ali drugih kritičnih rezultatih procesa.
Raztopljeni kisik -Ta kritični procesni parameter, ki je še posebej pomemben za reakcije oksigenacije in redukcije, je običajno nadzorovan z doziranjem kisika ali inertnega plina. Optimizacija količine in prenosa mase raztopljenega kisika (vključno z značilnostmi mehurčkov) v reakcijsko zmes je ključnega pomena za zagotovitev, da lahko encimi oksidoreduktaze delujejo z največjo učinkovitostjo.
Mešanje, dinamika tekočin in plini -Pravilna mešalna naprava lahko močno vpliva na življenjski cikel biokatalitičnih encimov, zlasti v daljšem trajanju, kemiji pretoka ali perfuzijskem slogu . Povečanje biokatalitičnih reakcij je lahko neoptimalno, če mešanje ni dovolj značilno. Mešanje je ključnega pomena tudi za pravilno distribucijo plina in prenos mase.
Reakcijska stehiometrija -Pravilna razmerja med reagenti in encimi so kritična in jih je mogoče določiti s študijami načrtovanja poskusov (DoE), avtomatiziranimi s kemičnimi reaktorji in s pomočjo PAT, ki je integriran v razvoj procesov.

Avtomatizacija za boljši razvoj in širitev biokatalitičnih reakcij

Razvoj in razširitev biokatalitičnih reakcij je odvisna od narave specifičnih uporabljenih biokatalizatorjev, substratov, kofaktorjev in uporabljenih reakcijskih pogojev. Tako kot pri kemijski katalizi je to kompleksno, medsebojno odvisno matriko spremenljivk najbolje razumeti s skrbnim nadzorom reakcijskih spremenljivk v kombinaciji z informacijami iz analitičnih meritev v realnem času. Vendar pa je velik del razvoja procesov, širjenja in omejitev gostote podatkov za sodobne procese povezan z nadaljnjo ročno orientacijo reakcij biokatalize, ki imajo znatne stroške časa in virov. Ročno delovanje pomeni osebje, ki je prisotno v bioreaktorju za skoraj stalno nego, prilagajanje in vzorčenje, da bi zadovoljili naraščajoče regulativne in institucionalne zahteve po karakterizaciji procesov in prenosu tehnologije.

Brezskrbno delovanje biokatalize je možno prek laboratorijskih platform za avtomatizacijo , ki se odzivajo na dinamične reakcijske pogoje, ki se nenehno merijo z integriranimi senzorji in procesnimi analitičnimi tehnologijami (PAT). Avtomatizirane platforme reaktorjev za sintezo omogočajo hitrejše eksperimentiranje z zmanjšano človeško napako ali intervencijo. V kombinaciji z modularnim, avtomatiziranim vzorčenjem reaktorja za kromatografsko analizo brez povezave je mogoče vse kritične procesne parametre (CPP) prekriti in trendirati. Podatki o nadzoru parametrov in procesni analitiki se samodejno beležijo v realnem času in strukturirajo za upravljanje in arhiviranje podatkov. Zmanjšana eksperimentalna variabilnost in povečana ponovljivost na različnih reaktorskih lestvicah še dodatno racionalizirata razširitev na podlagi dokazov.

Tehnologija za pospeševanje presejanja biokatalitičnih reakcij, razvoja procesov in širjenja

Avtomatizirani reaktorji EasyMax in OptiMax imajo pomembno vlogo, ki zagotavlja, da so učinki ključnih spremenljivk biotransformacij, kot so temperatura, pH, hitrosti mešanja in doziranje, natančno nadzorovani, učinkovito modelirani in zabeleženi.
ReactIR in ReactRaman in situ spektroskopske tehnologije so uporabne za sledenje in merjenje ključnih reakcijskih vrst v realnem času. ReactIR sledi ključnim analitom v raztopini brez motenj suspendiranih delcev, kot so cele celice.
ParticleTrack s tehnologijo FBRM meri velikost in porazdelitev delcev v heterogenih suspenzijah. EasyViewer zajema slike delcev na kraju samem in v realnem času izvaja analizo slike motnosti, oblike, velikosti, morfologije, števila in porazdelitve sistema.
EasySampler omogoča popolnoma avtomatizirano in nenadzorovano vzorčenje kemijskih reakcij, vključno z gašenjem in redčenjem vzorcev v pripravi na analizo brez povezave.
Programska oprema za razvoj procesov in razširitev paketa -up omogoča hiter razvoj, optimalne procese in robustno razširjanje.

Procesna analitična tehnologija (PAT) za biokatalizo

Avtomatizirani reaktor EasyMax je popolna delovna postaja za optimizacijo parametrov v biokatalizi za podporo razvoju, širjenju in izvedbi. Ta popolnoma avtomatiziran sistem omogoča natančen nadzor nad procesnimi parametri.

Upravljanje CPP, vključno z identifikacijo izvornega materiala, hitrostjo odmerjanja, temperaturo, mešanjem, prostorom nad glavo, brizganjem, merjenjem pH in titracijo
Zlahka se integrira z analizo na kraju samem za biokatalizo, vključno z ReactIR (FTIR), ReactRaman (Raman), ParticleTrack (FBRM), EasyViewer (analiza slik na kraju samem) in EasySampler (avtomatizirano vzorčenje reaktorja na kraju samem)
Izvajajte poskuse, ko ste brez nadzora; izvedite inteligentno avtomatizirano vzorčenje, ko je potrebna analiza brez povezave
Programska oprema iC omogoča avtomatizirano izvajanje in nadzor vseh poskusov in periferne opreme ter popolno zajemanje podatkov in vodenje evidenc

ReactIR uporablja FTIR spektroskopijo za merjenje vodnih in organsko topnih komponent v študijah biokatalize. Na meritve ReactIR ne vplivajo neraztopljene trdne snovi, mehurčki ali druga masa delcev.

ReactRaman uporablja Ramanovo spektroskopijo za molekularno analizo delcev in reakcijsko analizo.

Spremlja več atributov kakovosti izdelka na kraju samem in v realnem času v posodi ali tekočem procesnem toku
Odpravlja zamude, povezane z odvzemom vzorcev
Količinsko opredeljuje vpliv postopkov predelave na donos izdelka in učinkovitost procesa
Zagotavlja analitiko podatkov za sprejemanje odločitev in nadzor v realnem času
Podpira regulativne smernice ICH s podatkovno bogatim eksperimentiranjem in digitalizacijo
Pomoč pri širitvi od raziskav in razvoja do proizvodnje
Meri koncentracije analitov do 500 ppm v prostornini od nekaj mililitrov do tisoč litrov

ParticleTrack uporablja tehnologijo merjenja odbojnosti osredotočenega žarka (FBRM) in je instrument, ki temelji na optični sondi, ki se vstavi neposredno v posodo, da v realnem času spremlja spreminjajočo se velikost delcev in štetje. ParticleTrack uporablja meritve porazdelitve dolžine tetiv (CLD) za pridobitev porazdelitve velikosti delcev (PSD).

Delci in strukture delcev se stalno spremljajo, saj se eksperimentalni pogoji ali parametri razlikujejo
Karakterizirajte sintezo delcev v trdni fazi, imobilizacijo encimov, cepitev in s tem povezane procesne morfologije
Spremljajte serijo ali neprekinjeno rast produktov biokatalize med biokatalizo v realnem času brez odstranitve vzorca
Karakterizirajte pogoje sistema delcev, ki vplivajo na nukleacijo, padavine, polimorfizem in druge atribute sistema

EasyViewer je analizator velikosti delcev, ki temelji na sondi, ki se vstavi neposredno v posodo, da zajame slike sistema delcev. EasyViewer izvaja analizo slik in meri število delcev, porazdelitev velikosti in morfologijo iz časovno ločenih vrstičnih slik procesa, kar omogoča trend populacij skozi čas.

Delci in strukture delcev se stalno spremljajo, saj se eksperimentalni pogoji ali parametri razlikujejo
Karakterizirajte sintezo delcev v trdni fazi, imobilizacijo encimov, cepitev in s tem povezane procesne morfologije
Merjenje prenosa mase (_{K L a}) z karakterizacijo mehurčkov
Sledite šaržni ali neprekinjeni rasti produktov biokatalize med kristalizacijo v realnem času brez odstranitve vzorca
Karakterizirajte pogoje sistema delcev, ki vplivajo na nukleacijo, padavine, polimorfizem in druge atribute sistema

Povečanje števila biokatalitičnih reakcij

Oblikovanje eksperimenta (DoE) je statistično uporabno sredstvo za zmanjšanje števila poskusov, potrebnih za raziskovanje učinka spremenljivk na uspešnost reakcij v laboratoriju. Kljub temu je povečanje procesov encimske katalize v proizvodnjo polno težav. Na primer, številne študije biokatalize ne upoštevajo spremenljivk, kot so topila, pH, temperatura in mešanje pri povečanju. Modeliranje Dynochem omogoča upoštevanje pomembnih fizikalnih in toplotnih lastnosti pri povečanju. Kadar se kinetične informacije uporabljajo z Dynochemovim modeliranjem, se lahko določijo ustrezne končne točke vzorčenja za postopke biokatalize, s čimer prihranimo čas in vire. Tako modeliranje Dynochem izboljšuje razvoj kritičnih procesnih parametrov in učinkovitega prostora za načrtovanje procesov.

Sorodni viri

Biocatalysis PAT in Process Development

This white paper reviews the use of reaction engineering, process automation, particle system characterization and reaction analysis PAT in Biocatalys...

Vodnik za analizo reakcij v realnem času

Ta priročnik pregleduje prednosti in pomen metod PAT pri razvoju razumevanja reakcij in znanja o procesih za trendovska področja sintetične kemije.

Catalytic Hydrogenation of Nitrobenzene to Aniline

This application note outlines the reduction of nitrobenzene using a commercially available catalyst that can generate any type of intermediates and b...

Acid Catalyzed Transfer Hydrogenation

Asymmetric organocatalytic hydrogenation of benzoxazines in continuous-flow microreactors as a metal-free alternative were studied. Coupling inline mi...

kinetic modelling in process development

Chemical Kinetics Simulation

Through the power of simulation, researchers and scientists can delve into the intricate details of reaction mechanisms, predict reaction rates, and u...

Publikacije

Predstavljena publikacija: Encimska ločljivost lipaze zagotavlja en enantiomer ključnega estra intermediata

ReactIR omogoča vpogled v optimizacijo sinteze estra

Allsop, GL, Carey, JS, Joshi, S., Leong, P., & Mirata, M. A. (2021). Razvoj procesa v smeri pro-zdravila R-baklofena. Raziskave in razvoj organskih procesov, 25(1), 136–147

Pri razvoju kompleksnih molekul kemiki iščejo načine za poenostavitev večstopenjskih sintez. Uporaba encimov kot katalizatorjev in pri ločevanju racemičnih spojin je dobro uveljavljena. Analitske tehnike na kraju samem so komplementarne in zelo uporabne za pomoč pri optimizaciji kemijskih in biokemičnih transformacij v posameznih korakih sinteze.

V tem delu so raziskovalci sodelovali pri razvoju večkilogramske sinteze za zdravilo arbaklofen placarbil, ki se uporablja za motnje zlorabe alkohola. En korak je vključeval sintezo ključne vmesne spojine sukcinatnega estra in kasnejšo razrešitev estra v en sam (S)-enantiomer. Da bi dobili ta en sam enantiomer v zadostnih količinah, so raziskali dva različna pristopa, preparativno kiralno kromatografijo in encimsko ločljivost. Slednji pristop je bil ocenjen kot koristen in ugotovili so, da je lipaza C. antartica A, imobilizirana na polimetakrilatu (IMMCALA-T2-150 lipaza), zagotovila izvedljivo pot do razločenega estra sukcinat intermediata.

Za začetno sintezo sukcinatnega estra so ugotovili, da je analogna tiokarbonatna spojina reagirala s sulfuril kloridom, da bi dobila želeni ester. Da bi optimizirali donos estra in zmanjšali stranski produkt, je bil uporabljen ReactIR. In-situ FTIR je pokazal, da ko sta tiokarbonatna spojina in sulfuril klorid reagirala, je nastala vmesna spojina kloroforma, ki je imela omejeno toplotno stabilnost. Ko je nastal ta intermediat in pred razgradnjo, je bil dodan N-hidroksisukcinimid, ki mu je sledil dodatek trietilamina. Dodatek trietilamina je bil zelo eksotermen in je povzročil, da se je vmesni produkt kloroformata pretvoril v želeni sukcinatni ester.

Predstavljena publikacija: Encimska karboksilacija fenolov, posredovana z aminom

ReactIR sledi ključni koncentraciji biokarbonata

Pesci, L., Gurikov, P., Liese, A., & Kara, S. (2017). Encimska karboksilacija fenolov, posredovana z aminom z uporabo CO₂ kot substrata, poveča ravnotežne pretvorbe in hitrost reakcije. Biotehnološka revija, 12(12), 1700332

Avtorji so ugotovili, da encimi dihidroksibenzojske kisline (de) karboksilaze katalizirajo reverzibilno regio-selektivno orto-(de)karboksilacijo fenolov in so zelo zanimivi, saj izvajajo karboksilacije pri veliko nižjih temperaturah in tlakih kot ustrezni kemokatalizatorji. V tem trenutnem delu poročajo, da 2,3-dihidroksibenzojska kislina (de)karboksilaza iz Aspergillus oryzae deluje kot katalizator, ki omogoča orto-karboksilacijo fenolnih molekul, kar je povezano s sočasno aminsko moderirano transformacijo ko-substrata CO₂ v bikarbonat in situ.

Avtorji navajajo, da je narava ko-substrata CO₂ ali hidratizirane oblike bikarbonata pomembna pri encimskih karboksilacijah, saj mehanizem vezave in aktivacije substrata določa dejansko sredstvo za karboksilacijo. Pri njihovem delu je bil za sledenje nastajanju bikarbonata uporabljen ReactIR, opremljen z diamantno sondo za vstavljanje ATR. Kot rezultat tega dela poročajo o razvoju reakcijskih pogojev, ki bistveno izboljšajo tako pretvorbo kot hitrost reakcije za biokatalitično karboksilacijo katehola.

Predstavljena publikacija: Lakazova encimska oksidativna sklopka v fenolnih spojinah

ReactIR raziskuje oksidativno spajanje z različnimi substrati in pomaga pri optimizaciji reakcijskih pogojev

Engelmann, C., Illner, S., & Kragl, U. (2015). Laccase je sprožil C-C sklopke: Različne tehnike za spremljanje reakcij. Procesna biokemija, 50(10), 1591–1599.

Avtorji poročajo o raziskovanju uporabe glivičnega encima lakaze (Novozym 51003) za oksidativno spajanje C-C v fenolnih spojinah. Lakaza je pokazala uporabnost za oksidacijo fenolov, anilinov itd. v kinone z redukcijo_O2 v vodo. Laccasse spajanje se običajno ne šteje za selektivno, zato so avtorji začeli študijo oksidacije laktaze v različnih fenolnih substratih, da bi določili učinkovitost / selektivnost C-C sklopke. Ugotovili so, da oksidativne dimerizacije 2,6 disubstituiranih fenolov niso le zelo selektivne, ampak jih je mogoče tudi znatno povečati. Pokazali so, da je nastali oksidativni produkt 2,6 diizopropil fenola zlahka reduciran na analogno bifenolno spojino.

V tej študiji so raziskovalci najprej izbrali ciljne substrate z merjenjem kisika med oksidacijami, ki jih je sprožila lakaza. Nato so uporabili ReactIR (FTIR spektroskopijo na kraju samem), da bi raziskali učinkovitost in selektivnost reakcije spajanja s specifičnimi fenolnimi substrati in določili optimalne pogoje za maksimiranje izdelka. Študije FTIR na kraju samem so pokazale, da je regioselektivna, simetrična sinteza dikinona potekala precej hitro. Poleg tega je FTIR na kraju samem dovoljeval spremljanje polimerizacij, ki so se pojavile z oksidacijami lakaze, in ker metoda FTIR-ATR sledi samo analitom topljenih raztopin, polimerne oborine niso vplivale na meritve.

Biokataliza v strokovnih publikacijah

Allsop, GL, Carey, JS, Joshi, S., Leong, P., & Mirata, M. A. (2021). Razvoj procesa v smeri pro-zdravila R-baklofena. Raziskave in razvoj organskih procesov, 25(1), 136–147. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00491
Benkovics, T, McIntosh, JA, Silverman, SS, Kong, J., Maligres, P., Itoh, T., Yang, H., Huffman, MA, Verma, D., Pan, W., Ho, HI, Vroom, J., Knight, A., Hurtak, J., Morris, W., Strotman, NA, Murphy, G., Maloney, KM, & Fier, PS, "Razvoj v idealno sintezo molnupiravirja, preiskovalno zdravljenje COVID-19", ChemRxiv, Predtisk. http://doi.org/10.26434/chemrxiv.13472373.v1
Gan, J., Peng, Y., Chen, Q., Hu, G., Xu, Q., Jin, L., & Xie, H. (2020). Reverzibilna kovalentna kemija ogljikovega dioksida sprosti opornost celuloze za njeno encimsko saharifikacijo. Tehnologija bioloških virov, 295, 122230. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122230
Huffman, M. A., Fryszkowska, A., Alvizo, O., Borra-Garske, M., Campos, K. R., Kanada, K. A., Devine, P. N., Duan, D., Forstater, J. H., Grosser, S. T., Halsey, H. M., Hughes, G. J., Jo, J., Joyce, L. A., Kolev, J. N., Liang, J., Maloney, K. M., Mann, B. F., Marshall, N. M., ... Yang, H. (2019). Načrtovanje in vitro biokatalitske kaskade za proizvodnjo islatravirja. Znanost, 366(6470), 1255–1259. https://doi.org/10.1126/science.aay8484
Nguyen, T. C., Anne-Archard, D., Cameleyre, X., Lombard, E., To, K. A., & Fillaudeau, L. (2019). Biokatalitska hidroliza papirne celuloze z uporabo multifizikalnih pristopov in ex-situ: Osredotočite se na polrazredčene pogoje za napredek v smeri koncentriranih suspenzij. Biomasa in bioenergija, 122, 28–36. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2019.01.006
Thompson, MP, Peñafiel, I., Cosgrove, SC in Turner, N. J. (2018). Biokataliza z uporabo imobiliziranih encimov v neprekinjenem toku za sintezo finih kemikalij. Raziskave in razvoj organskih procesov, 23(1), 9–18. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.8b00305
Hugentobler, KG, Rasparini, M., Thompson, LA, Jolley, KE, Blacker, AJ in Turner, N. J. (2017). Primerjava šaržnega in pretočnega pristopa za lipazo-katalizirano ločljivost ciklopropankarboksilatnega estra, ključnega gradnika za sintezo tikagrelorja. Raziskave in razvoj organskih procesov, 21(2), 195–199. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00346
Pečar, D., & Goršek, A. (2017). Procesne in kinetične značilnosti oksidacije glukoze, katalizirane z imobiliziranim encimom. Reakcijska kinetika, mehanizmi in kataliza, 122(1), 43–51. https://doi.org/10.1007/s11144-017-1202-2
Pesci, L., Gurikov, P., Liese, A., & Kara, S. (2017). Encimska karboksilacija fenolov, posredovana z aminom z uporabo CO₂ kot substrata, poveča ravnotežne pretvorbe in hitrost reakcije. Biotehnološka revija, 12(12), 1700332. https://doi.org/10.1002/biot.201700332
Gundersen, M. T., Tufvesson, P., Rackham, E. J., Lloyd, R. C., & Woodley, J. M. (2016). Hiter izbirni postopek za enostavno komercialno izvedbo reakcij ω-transaminaz. Raziskave in razvoj organskih procesov, 20(3), 602–608. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5b00159
Hilterhaus, L., Liese, A., Kettling, U., & Antranikian, G. (2016). Uporabna biokataliza: od temeljne znanosti do industrijskih aplikacij (1. izdaja). Wiley-VCH.
Kartnaller, V., Junior, I. I., de Souza, AVA, Costa, ICR, Rezende, M. J. C., da Silva, J. F. C., & de Souza, R. O. M. A. (2016). Vrednotenje kinetike esterifikacije oleinske kisline s homo in heterogenimi katalizatorji z uporabo infrardeče spektroskopije v realnem času in kalibracije delnih najmanjših kvadratov. Revija za molekularno katalizo B: encimska, 123, 41–46. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2015.09.015
Engelmann, C., Illner, S., & Kragl, U. (2015). Laccase je sprožil C-C sklopke: Različne tehnike za spremljanje reakcij. Procesna biokemija, 50(10), 1591–1599. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2015.05.011
Ravelo, M., Fuente, E., Blanco, Á., Ladero, M., & García-Ochoa, F. (2015). Esterifikacija glicerola in ibuprofena v medijih brez topil, katalizirana s prostim CALB: Kinetično modeliranje. Revija za biokemijsko inženirstvo, 101, 228–236. https://doi.org/10.1016/j.bej.2015.06.002
Gebhard, J., Sellin, D., Hilterhaus, L., & Liese, A. (2013). Spletna analiza encimskih polikondenzacijskih reakcij v reaktorjih z mehurčki, s pomočjo ATR-FTIR spektroskopije. Chemie Ingenieur Technik, 85(7), 1016–1022. https://doi.org/10.1002/cite.201200248
Costa, ICR, Leite, SGF, Leal, ICR, Miranda, LSM in Souza, R. O. M. A. (2011). Toplotni učinek na sintezo biodizla s pomočjo mikrovalov, ki jo katalizirajo lipaze. Revija Brazilskega kemijskega društva, 22(10), 1993–1998. https://doi.org/10.1590/s0103-50532011001000022
Troiani, V., Cluzeau, J., & Časar, Z. (2011). Uporaba kemoselektivne reakcije deacetilacije, katalizirane s praškom pankreatina, pri sintezi ključnega vmesnega produkta stranske verige statina (4R,6S)-4- (terc-butildimetilsililoksi)-6-(hidroksimetil)tetrahidropiran-2-ona. Raziskave in razvoj organskih procesov, 15(3), 622–630. https://doi.org/10.1021/op100341m
Müller, J. J., Neumann, M., Scholl, P., Hilterhaus, L., Eckstein, M., Thum, O., & Liese, A. (2010). Spletno spremljanje biotransformacij v visoko viskoznih večfaznih sistemih s pomočjo FT-IR in kemometrije. Analitična kemija, 82(14), 6008–6014. https://doi.org/10.1021/ac100469t
Gäb, J., Melzer, M., Kehe, K., Richardt, A., & Blum, M.-M. (2009). Kvantifikacija hidrolize strupenih organofosfatov in organofosfonatov z diizopropil fluorofosfatazo iz Loligo vulgaris z infrardečo spektroskopijo in situ s Fourierjevo transformacijo. Analitična biokemija, 385(2), 187–193. https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.11.012
Trevisan, MG, & Poppi, R. J. (2008). Neposredno določanje efedrinskega intermediata v reakciji biotransformacije z uporabo infrardeče spektroskopije in PLS. Talanta, 75(4), 1021–1027. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2007.12.050
Kazarian, S. G. (2007). Izboljšanje visokozmogljive tehnologije in mikrofluidike s spektroskopskim slikanjem FTIR. Analitična in bioanalitična kemija, 388(3), 529–532. https://doi.org/10.1007/s00216-007-1193-3
Iwaki, H., Wang, S., Grosse, S., Bergeron, H., Nagahashi, A., Lertvorachon, J., Yang, J., Konishi, Y., Hasegawa, Y., & Lau, P. C. K. (2006). Psevdomonad ciklopentadekanon monooksigenaza, ki kaže neobičajen spekter Baeyer-Villigerjevih oksidacij cikličnih ketonov. Uporabna in okoljska mikrobiologija, 72(4), 2707–2720. https://doi.org/10.1128/aem.72.4.2707-2720.2006
Yang, J., Lorrain, M.-J., Rho, D., & Lau, P. C. K. (2006). Spremljanje kinetike biotransformacije Baeyer-Villiger in prstnih odtisov z uporabo spektroskopije ReactIR 4000. Industrijska biotehnologija, 2(2), 138–142. https://doi.org/10.1089/ind.2006.2.138
Dadd, M. R., Sharp, D. C. A., Pettman, A. J., & Knowles, C. J. (2000). Spremljanje nitrilnih biotransformacij v realnem času s srednjo infrardečo spektroskopijo. Revija za mikrobiološke metode, 41(1), 69–75. https://doi.org/10.1016/s0167-7012(00)00138-x
Kohen, A., & Klinman, J. P. (2000). Fleksibilnost beljakovin je povezana s stopnjo vodikovega tuneliranja v termofilnih in mezofilnih alkoholnih dehidrogenazah. Revija Ameriškega kemijskega društva, 122(43), 10738–10739. https://doi.org/10.1021/ja002229k

Predlogi iskanja

Biokataliza in encimska kataliza

Visoko selektivni, aktivni katalizatorji, ki podpirajo novo, trajnostno kemijo

Kaj je biokataliza?