Kendi Kendini Sürdüren Kimyasal Reaksiyon Döngüleri, İlaç Üretimini Değiştirebilir
Nottingham Üniversitesi’nden uzmanlar, daha çevreci ve daha verimli bir kimyasal üretim yöntemi olan kendi kendini sürdüren bir reaksiyon çevrimi yarattılar.
Çoklu enzimlerle, aminlerin kendi içinde kapalı döngü halinde sürekli reaksiyonlarla alkollere dönüştürülmesi, Nature Catalysis dergisinde yayımlanmıştır. Nottingham Üniversitesi’nden Dr. Francesca Paradisi ve Dr. Martina Contente, akıştaki enzimleri kullanarak bağlantılı bir dizi reaksiyonla kimyasalları daha verimli bir şekilde üretmektedir.
Tepkimeler çevresel atıkları azaltır, kendi kendini sürdürür ve daha nitelikli bir son ürün elde edilmesine yardımcı olur.
Hareketsiz enzimler ve bir taşıyıcı çözelti ile doldurulmuş bir dizi kolonda harekete başlayan akıştaki enzimler, reaktifleri ve ürünleri normal kesikli reaksiyonlara göre çok daha hızlı reaksiyon hızlarıyla taşır.
Kimya Okulu Biyokataliz ve Enzim Mühendisliği bölümünden Doçent Dr. Paradisi, suyun, genellikle enzimlerin bulunduğu kimyasal reaksiyonların gerçekleşebileceği ortam olarak kullanıldığını, ancak sürecin sonunda atıkların bertaraf edilmesinin bir sorun olduğunu söyledi.
Paradisi, “Suyunuz, gerçekleşmiş olan karmaşık dönüşümden kaynaklanan kimyasal moleküller ile bir şekilde kirlenmiş durumda, bu nedenle suyun gidere boşaltılması çevre dostu değildir. Kirlenmiş suyla uğraşmak çok daha pahalı olabilir.
“Bizim oluşturduğumuz döngü ile suyun geri dönüşümü sağlanır, üretilen yan ürünler sürekli olarak uzaklaştırılır ve süreç boyunca temizlenir. Bu temiz su, tepkimedeki reaktifler için yine taşıyıcı olarak kullanılır.”
Reaksiyon zinciri, kendi kendini sürekli kılan bir döngü içinde yaratılmıştır. Bu, ürünlerin, her adımda manuel müdahale gerektirmeden oluşturulduğu, saflaştırıldığı ve izole edildiği anlamına gelir.
Paradisi, “Akan sudan, üretilebilecek diğer ürünlerden daha değerli bir ürün üreten bir musluğa sahip olduğunuzu hayal edin. İstediğiniz ürünü filtreleyen bir elek olduğunu hayal edin” dedi.
“Sonra bu musluğa bir su geri dönüşüm cihazı monte edildiğini hayal edin. Şimdi su ve daha az değerli ürünlerin (hala değerli) asla kaybolmayacağını biliyoruz. Sadece değerli moleküllerin taşıyıcıları olarak hareket ederler.
“Bu, verimliliği arttırıp, zamandan tasarruf etmekle birlikte, sıfır atık sistemi yaratıyor. Bu çalışmada, üretimi zorlu olan bazı ürünlerin verimlerinin geleneksel kimyasal reaksiyonlardan çok daha yüksek olduğunu da keşfettik (20 kattan fazla).
Biyoteknoloji ve Biyolojik Bilimler Araştırma Konseyi hibe yoluyla finanse edilen bu araştırmada, dopamin, triptamin ve histaminler gibi vücutta doğal olarak üretilen amin çiftleri kullanıldı. Daha sonra bu amin çiftlerini, bir antioksidan ve genellikle üretilmesi daha zor olan 4-hidroksitirosol gibi alkollere dönüştürmek için reaksiyon döngüsünü kullandılar.
Paradisi şöyle dedi: “Bu alkoller; ilaçların, gıda katkı maddelerinin üretilmesinde, parfümlerin ve aromalar yaratılmasında çok rağbet görürler ve üretilmeleri, zor ve pahalı yöntemlerle mümkündür. Geleneksel kimyasal yöntemlerin en zorlu molekülü yüzde 5-13 verimle üretmesi iki haftayı bulabilir. Biz bu uygulamada 45 dakikada yüzde 70 civarında verimle üretim yapılabileceğini gördük. ”
Ayrıca bu araştırma sadece alkollerle sınırlı değildir, diğer ürünleri oluşturmak için de kullanılabilir.
Paradisi, “Doğru uygulama ile olasılıklar çok büyük” diye ekledi. “İstenilen herhangi bir molekülü alabilir ve basit bir başlangıç maddesine ulaşıncaya kadar hangi enzimin ters yönde reaksiyonu katalize edeceğini düşünerek adım adım inceleyerek analiz edebiliriz. Daha sonra enzimleri sırayla bir araya getirebiliriz. Nihai molekül elde edilinceye kadar, ilk ürünün bir sonraki enzimatik adımın substratı olduğu yapay bir biyo-sistem oluşturulabilir. Bir biyolojik sistemden farklı olarak, bu ex-vivo (canlının dışında meydana gelen) enzimatik fabrika çok daha dayanıklıdır. Her adım için sorumlu olan enzimi önemli ölçüde arttırabiliriz (çünkü hiçbir zaman kaybolmaz, reaktörde bulunur). Çok hızlı dönüşümler için her reaksiyonun hızına ince ayar yapılabilir.
“Hücrenin bütünlüğü veya biyolojik sistem için moleküllerin potansiyel toksisitesi hakkında endişelenmek zorunda değiliz. Akış etkili bir şekilde olması, her adımın optimize edilmesine bağlıdır. Basamakların her bir parçasını ayrı olarak ele alabiliriz. Son olarak, atık suların döngüyü tamamlayarak başa dönerek, enzimlerin çalışması için ihtiyaç duyulan yardımcı bileşenlerin bir kısmını taşıyarak, sistemin verimliliğini katlayarak arttırıyor. Bu, enzimlerle çalışmanın daha önce hiç yapılmamış yeni bir yoludur.”
Daha fazla bilgi için: Self-sustaining closed-loop multienzymemediated conversion of amines into alcohols in continuous reactions, Nature Catalysis (2018). DOI: 10.1038/s41929-018-0082-9 , https://www.nature.com/articles/s41929-018-0082-9
Kaynak: phys.org
