Общие сведения о классе оксидоредуктаз

ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ В СИНТЕЗЕ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Курсовая работа

cтудента 110 группы

Ковалевского Р.П.

Научные руководители:

проф., д.х.н. Тишков В.И.

к.х.н. Алексеева А.А

Москва - 2012

Оглавление

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.. 3

I. ВВЕДЕНИЕ.. 4

II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ... 6

2.1. Общие сведения о классе оксидоредуктаз. 6

2.2. Способы регенерации кофактора. 7

2.3. Ферменты, использующиеся для регенерации кофактора. 8

2.3.1. Формиатдегидрогеназа. 8

2.3.2. Глюкозодегидрогеназа. 10

2.3.3. Фосфитдегидрогеназа. 10

2.4. Процессы хирального синтеза, в которых применяется FDH.. 11

III. ВЫВОДЫ... 14

IV. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 15

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

NAD^+	никотинамиадениндинуклеотид (окисленная форма)
NADH	никотинамидадениндинуклеотид (восстановленная форма)
NADP^+	никотинамиадениндинуклеотидфосфат (окисленная форма)
NADPH	никотинамидадениндинуклеотидфосфат (восстановленная форма)
FDH	Формиатдегидрогеназа
LDH	Лактатдегидрогеназа
PTDH	Фосфитдегидрогеназа

I. ВВЕДЕНИЕ

Получение оптически активных соединений является одним из важнейших направлений современной биотехнологии.

Оптическая активность – одно из важнейших свойств многих органических соединений. Термин «оптическая активность» происходит от взаимодействия хиральных материалов с поляризованным светом. Раствор (-)-формы оптического изомера поворачивает плоскость поляризации света против часовой стрелки.

Энантиомеры (оптические изомеры) идентичны по отношению к обычным химическим реакциям, но часто оказывают различный терапевтический эффект. Зачастую, один из изомеров может оказаться высокотоксичным для организма, поэтому чрезвычайно важно применение определенного оптического изомера в качестве лекарственного препарата.

Для получения оптически активных соединений применяют асимметрический синтез. Его осуществляют с помощью реакций, в результате которых в молекуле исходного оптически неактивного соединения возникает хиральный элемент, главным образом асимметрический атом углерода, при этом в продуктах реакции оптические изомеры (энантиомеры) содержатся в неравных количествах. В качестве исходных веществ используют прохиральные соединения, т.е. такие, молекулы которых могут быть превращены в хиральные при замене лишь одного атома или одной группы атомов. Иногда под асимметрическим синтезом понимают возникновение нового хирального фрагмента в молекуле, уже имеющей элемент хиральности.

Одной из главных проблем хирального синтеза является разделение рацемата. Рацемат – эквимолярная смесь пары энантиомеров. Именно такая смесь почти всегда образуется в результате хирального синтеза.

Одним из возможных решений этой проблемы является применение ферментов для синтеза оптически активных соединений. Как правило, в силу высокой специфичности фермента к определенному субстрату, в результате ферментативной реакции преимущественно образуется один из энантиомеров.

Синтез оптически активных соединений играет важную роль в получении лекарственных препаратов. В настоящее время такие процессы успешно проводятся с помощью ферментов оксидоредуктаз, использующих в качестве кофактора восстановленную форму никотинамидадениндинуклеотид(фосфат)а – NAD(P)H. Непосредственное использование NAD(P)H крайне невыгодно с экономической точки зрения, так как и NADH, и NADPH являются весьма дорогостоящими соединениями. Поэтому для снижения себестоимости полученных хиральных соединений с помощью оксидоредуктаз было предложено ввести в систему второй фермент, обеспечивающий регенерацию NAD(P)H.

В данной курсовой работе рассмотрены основные принципы регенерации кофакторов в биосинтезе хиральных соединений с помощью оксидоредуктаз.

II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Общие сведения о классе оксидоредуктаз

Оксидоредуктазы – это класс ферментов, катализирующих обратимые окислительно-восстановительный реакции, в которых происходит перенос восстановительных эквивалентов (двух атомов Н, двух электронов или гидрид-иона Н^-) от восстановителя к окислителю (относительно неспецифический. субстрат, который может принимать участие и в других ферментативных реакциях), например:

АН₂ - восстановитель, В - окислитель

Подклассы оксидоредуктаз (всего их 17) сформированы по типу окисляемого вещества (восстановителя), подподклассы - по типу окислителя (акцептора восстановительного эквивалента). Оксидоредуктазы всех подподклассов, для которых акцептором служит не молекула кислорода (О₂), а любое другое соединение, называются дегидрогеназами, или редуктазами, если акцептор молекула кислорода (О₂) – оксидазами. В тех случаях, когда атом кислорода включается в состав субстрата, ферменты называются оксигеназами (при включении в молекулу одного атома кислорода монооксигеназами, двух атомов кислорода – диоксигеназами), если атом кислорода включается в виде группы гидроксильной группы (ОН^-) – гидроксилазами [1].

К оксидоредуктазам относится большая группа ферментов (около 20% от общего их числа). Многие оксидоредуктазы (около 170 ферментов) в качестве акцепторов используют никотинамидадениндинуклеотид (NAD⁺) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADP⁺). Эти дегидрогеназы (например, альдегиддегидрогеназа, лактатдегидрогеназа) выполняют важные функции, участвуя в гликолизе, дыхании, брожении, а также на начальном этапе окислительного распада аминокислот при деградации белков. Некоторые дегидрогеназы аминокислот (например, глутаматдегидрогеназа) могут катализировать синтез аминокислот, участвуя в ассимиляции аминогруппы микроорганизмами и растениями. Считается, что восстановительные эквиваленты от кофермента NADH переносятся в клетке на молекулу кислорода через дыхательную цепь переноса электронов, где свободная энергия этих эквивалентов расходуется для запасания энергии в виде макроэргической связи АТФ; восстановительные эквиваленты NADPH расходуются для биосинтетических целей [1].

Ряд оксидоредуктаз в качестве акцептора содержит химически прочно связанный с ферментом флавинмононуклеотид или флавинадениндинуклеотид. В таких флавопротеидах FMN или FAD восстанавливаются в результате окисления NADH или NADPH, а затем передают восстановительные эквиваленты другим компонентам цепи переноса электронов при дыхании, например цитохромам или непосредственно на О₂. Другой продукт реакций, катализируемых флавопротеидными оксидоредуктазами - Н₂О₂. Ферменты, использующие Н₂О₂ в качестве акцепторов восстановительных эквивалентов (например, каталаза), называются пероксидазами [1].

Оксидоредуктазы, применяемые в синтезе оптических соединений, часто используют NAD(P)H в качестве кофактора. Введение NAD(P)H непосредственно в реакционную смесь сильно повышает себестоимость конечного продукта. Так, получение одного моля оптически активного соединения может обходиться в несколько десятков тысяч долларов [2]. Поэтому для удешевления процессов производства хиральных соединений используют различные способы регенерации кофактора.

Дата добавления: 2015-10-29