Криобиологические сосуды > Химия и биотехнология > Использование обычных ферментов в нетривиальных химических реакциях

Использование обычных ферментов в нетривиальных химических реакциях


В органическом синтезе ферменты применяются пока не очень широко в основном потому, что большинство интересующих ис­следователей веществ не являются их природными субстратами. Приходится специально изучать субстратную специфичность ферментов и условия протекания реакций, катализируемых наи­более освоенными промышленностью ферментами, с тем чтобы выяснить возможность вовлечения этих ферментов в каталитические процессы, интересующие химика-синтетика. Так, промыш­ленностью производится фермент глюкозооксидаза, проявляю­щий высокую специфичность к донору электронов D-глюкозе. С другой стороны, специфичность его к акцепторам электронов гораздо шире, и природный акцептор, кислород, может быть заменен некоторыми синтетическими красителями. Это послу­жило основой для использования фермента в реакции восста­новления бензохинона в гидрохинон (рис. 4.15), причем реакция шла в три раза быстрее, чем в присутствии кислорода. Фермент может восстанавливать и другие хиноны  (некоторые из них применяются в биологии и медицине), а также ряд ароматиче­ских нитросоединений. Было показано, что галактозооксидаза катализирует реакцию стереоспецифического превращения али­фатических спиртов (не Сахаров) в альдегиды; так, глицерол превращается в S-(—)-глицеральдегид. Для разделения 0-арилакролеинов может быть использована ксантиноксидаза, так как она окисляет транс-изомер в сто раз быстрее, чем цис.
Использование глюкозооксидазы и неприродных акцепторов электро­нов при химическом синтезе органических веществ
 
Рис. 4.15. Использование глюкозооксидазы и неприродных акцепторов электро­нов при химическом синтезе органических веществ. А — обычная реакция; Б — реакция с неприродным акцептором электронов.
 
Изменяя условия, в которых действует фермент, мы также можем существенно повлиять на химические особенности ката­лизируемой реакции. Так, пероксидаза из хрена гидроксилирует ароматические соединения с небольшой специфичностью и ма­лым выходом. Понижение температуры с 25 до 0°С подавляет побочные реакции, в результате чего в основном гидроксилируются пара-замещенные ароматические соединения по мета-положению и vice versa. Карбоксиэстераза из печени свиньи способ­на осуществлять как реакцию трансэтерификации, так и гидро­лиз эфиров, причем последняя реакция доминирует, поскольку плохо растворимые спирты не могут эффективно конкурировать с молекулами воды. Фермент можно заставить работать по пер­вому механизму, применив двухфазные системы, в которых фер­мент растворен в минимальном объеме воды, а основная орга­ническая среда образована спиртом и эфиром.