«Этот фермент может вдохновить на создание новой формы« зеленой »химии», – сказал биохимик Брукхейвенской лаборатории Джон Шанклин, руководивший исследованием. «Может быть, мы сможем адаптировать эту биомолекулу для производства полезных химикатов в растениях или использовать ее в качестве основы для разработки новых биологических катализаторов, которые заменят более дорогие токсичные катализаторы, которые используются в настоящее время."
Шанклин и его команда опубликовали статью с описанием исследования в журнале Plant Physiology.
Команда сделала открытие в ходе продолжающихся исследований ферментов, которые обесцвечивают растительные масла. Эти ферменты десатуразы удаляют атомы водорода из определенных соседних атомов углерода в углеводородной цепи и вставляют двойную связь между этими атомами углерода.
Группа Шанклина ранее создала тройную мутантную версию фермента десатуразы с интересными свойствами, и они изучали три мутации по отдельности, чтобы увидеть, что делает каждая из них.
Оказалось, что два одиночных мутантных фермента удаляют двойную связь между соседними атомами углерода и добавляют «ОН» (гидроксильную группу) к каждому атому углерода, чтобы получить жирную кислоту с двумя соседними гидроксильными группами.
Жирные кислоты, содержащие такие соседние группы ОН, известные как диолы, являются важными химическими компонентами для производства смазочных материалов, таких как те, которые обеспечивают бесперебойную работу горячих двигателей. Их также можно превратить в строительные блоки для изготовления пластмасс или других товаров широкого потребления.
«Диолы – действительно важные промышленные химические вещества, но их искусственное создание в лаборатории довольно проблематично», – сказал Шанклин.
Он отметил, что лучшие промышленные катализаторы этой реакции дорогие, очень летучие и токсичные.
Другая проблема заключается в том, что существуют разные формы диолов, и химикам сложно создать единую чистую форму.
«Обнаруженные нами мутанты ферментов естественным образом образуют единую форму, поэтому они готовы к использованию без дальнейшей обработки или отходов», – сказал Шанклин.
Отслеживание происхождения атомов кислорода в двух группах ОН показало, что оба произошли от одной и той же молекулы кислорода (O2). Способность переносить оба атома кислорода из одной молекулы O2 во время реакции, известная как химия «диоксигеназы», была чем-то вроде сюрприза для фермента «дийелез» (фермента с двумя атомами железа в активном центре).
«Химия диоксигеназы для ферментов дижелеза ранее не сообщалась», – сказал Шанклин. «Нам пришлось провести несколько технически сложных экспериментов, чтобы предоставить неопровержимые доказательства того, что это действительно происходит, и без творчества и упорства Эда Уиттла мы бы не завершили это исследование."
Уиттл, ведущий автор статьи (ныне вышедший на пенсию из лаборатории Брукхейвена), в течение многих лет усердно работал над этим проектом в лаборатории Шанклина, чтобы закрепить это важное новое открытие.
Следующая цель команды – получить кристаллическую структуру этого фермента с помощью рентгеновских лучей в Национальном синхротронном источнике света II (NSLS-II) – пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики в Брукхейвенской лаборатории.
"Мы поделимся этой структурной информацией с нашими коллегами по вычислительной химии, чтобы выяснить детали того, как эта беспрецедентная химия может происходить с этим классом катализаторов."
Эта работа может помочь команде узнать, как управлять конфигурацией катализаторов, изготовленных в лаборатории, чтобы имитировать версию, полученную из растений.
«Если мы сможем использовать то, что мы узнали, при разработке промышленных катализаторов, эти реакции могут дать более чистые продукты с меньшим количеством отходов и избежать использования токсичных химикатов», – сказал Шанклин.