Новости химической науки > Для маленькой такой молекулы огромный такой фермент

Химики из Германии нашли способ «заставить» фермент цитохром Р450 [cytochrome P450 (CYP)], фермент, который обычно отвечает за окисление больших молекул, таких как жирные кислоты, стероиды и терпеноиды, катализировать окисление простейшего алкана – метана.

Исследовательская группа Манфреда Реетца (Manfred T. Reetz) из Института изучения каменного угля Макса Планка (Мюльхайм, Германия) «настроила» CYP на активацию исключительно малой молекулярной мишени, заполнив свободное место в активном центре фермента за счет введения туда химического «гостя».

Активный центр фермента CYP активирует окисление метана (черно-белый) в присутствии перфторированного гостя (зеленый). (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201006587)

Стерические размеры метана, по крайней мере, на порядок меньше размеров обычных субстратов фермента CYP, и поэтому весьма маловероятно, что он будет связываться активным центром фермента и активироваться для окисления. Для заполнения свободного пространства исследователи из группы Реетца использовали перфторированную карбоновую кислоты, которая помимо того, что занимает место в активном центре фермента, способствует протеканию реакции за счет инициирования перехода расположенного в активном центре фермента железа из неактивного низкоспинового в высокоактивное высокоспиновое состояние.

Кристина Уайт (M. Christina White) из Университета Иллинойса отмечает, что новая работа демонстрирует новые возможности в разработке новых способов подстройки реакционной способности и каталитической активности как природных, так и синтетических ферментов.

Результаты работы также позволяют надеяться на разработку дешевого метода конверсии метана в метанол – метанол является привлекательной альтернативой нефти или природному газу, как в качестве топлива, так и в качестве исходного сырья для органического синтеза. Прямое окисление метана до метанола достаточно сложно осуществить, так как, во-первых, в метане реализуется самая прочная для алканов связь С–Н, а во вторых – в жестких условиях реакции окисления образующийся метанол может окислиться до муравьиного альдегида. Исследователи из группы Реетца впервые продемонстрировали, что относящиеся к группе гем-протеидов железосодержащие ферменты могут стимулировать окисление метана. Результаты этого исследования бесспорно важны для будущей разработки промышленных ферментативных процессов получения метана из природного газа.

Реетц надеется, что ему удастся активировать активные центры и других ферментов таким образом, чтобы эти ферменты получили способность связывания и активации других субстратов, также используя подход, связанный с блокированием части активного центра фермента молекулой гостя.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201006587

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #молекулярная биология, #нанотехнологии, #супрамолекулярная химия, #химия полимеров