Модифицированный фермент позволяет создавать молекулы с заданной «зеркальной» конфигурацией

Химики модифицировали природный фермент для проведения специфической реакции с высокой точностью и эффективностью. Автор: Университет Базеля, Сян Чжан

Исследователи из Университета Базеля перепрофилировали природный фермент, заставив его катализировать сложную химическую реакцию. Этот подход открывает новые возможности для синтеза сложных молекул — например, фармацевтических препаратов и тонких химикатов — более экологичным и эффективным способом. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Катализаторы — одни из самых важных инструментов для достижения «зелёной» химии. Они ускоряют химические реакции, делая их более эффективными и контролируемыми. В результате при производстве различных продуктов можно экономить энергию, сокращать отходы и снижать затраты. Поиск новых катализаторов активно ведётся с XX века.

Ферменты, как природные катализаторы, привлекают всё больше внимания благодаря своей исключительной способности повышать реакционную способность и селективность химических реакций, а также благодаря экологичности.

Перспективный метод с ограничением

В последнее время перспективным каталитическим методом для эффективного создания сложных молекул стал перенос атома водорода металлгидридом (MHAT). Соединение, содержащее металлгидрид (атом металла, связанный с атомом водорода), передаёт атом водорода двойной связи в органическом соединении, создавая реакционноспособный промежуточный продукт, который запускает последующее образование связи.

MHAT может преобразовать плоский двумерный субстрат в сложную молекулу с трёхмерной структурой. Однако точный контроль над пространственным расположением атомов в молекуле — особенно её зеркальных конфигураций, подобных левой и правой рукам — остаётся сложной задачей.

В фармацевтике и производстве тонких химикатов критически важно создавать молекулы только одной «зеркальной» конфигурации. Это связано с тем, что две зеркальные формы молекулы могут обладать разными биологическими свойствами — одна может быть терапевтически полезной, тогда как её зеркальный аналог может быть неактивным или даже токсичным.

Фермент создаёт молекулы одной конфигурации

Исследователям из Университета Базеля удалось объединить химию MHAT с ферментативным катализом, чтобы получать трёхмерные молекулы с заданной «зеркальной» конфигурацией. Эта революционная работа является частью Национального центра компетенций «Молекулярная системная инженерия» под руководством профессора Томаса Р. Уорда.

Команде учёных удалось перепрофилировать гемопротеин — фермент, широко распространённый в природе — для проведения реакций MHAT в его каталитическом центре. Благодаря сложной структуре фермента он производит почти исключительно нужную «зеркальную» форму молекулы (в соотношении 98:2). Примечательно, что такие преобразования крайне сложно осуществить с помощью традиционных химических методов.

«До сих пор не был известен ни один фермент, способный проводить такую реакцию MHAT», — объясняет первый автор исследования доктор Сян Чжан.

Специфичность — и проклятие, и благословение

Это открытие прокладывает путь к более устойчивому и эффективному производству различных сложных химических соединений. Перепрофилировав природный фермент для катализа этой универсальной химической трансформации, исследователи надеются упростить синтез фармацевтических препаратов и других ценных химикатов.

Однако специфичность фермента — это и преимущество, и ограничение: если использовать структурно отличающееся исходное вещество, может потребоваться дополнительная модификация фермента для достижения высокой специфичности. Кроме того, чтобы сделать этот метод ещё более полезным, учёные ищут более устойчивый способ образования металлгидридов.

Дополнительная информация: Сян Чжан и др., Repurposing haemoproteins for asymmetric metal-catalysed H atom transfer, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09308-0

Источник: University of Basel