Vervang een paar aminozuren in een natuurlijk enzym en je kunt er een heel erg onnatuurlijke aziridinering mee katalyseren. Voor de organische synthese gaat een wereld aan nieuwe mogelijkheden open, oppert Caltech-hoogleraar Frances Arnold in ACS Central Science.

Bij aziridinering creëer je een driering met twee koolstofatomen en één stikstofatoom. In de natuur komen zulke ringen wel voor, maar voor zover bekend ontstaan ze daar altijd doordat binnen één molecuul wat onderdelen worden herschikt. Voor organici is het veel handiger om zoiets te maken door twee kleinere, makkelijker te synthetiseren moleculen (bijvoorbeeld een olefine en een haloamide) op een handige manier aan elkaar te zetten. Maar er is geen natuurlijk enzym bekend dat dat kan.

Tot nu toe moest de organische synthese zich dan ook behelpen met metaal-porfyrinecomplexen als homogene katalysator. Dat werkt vaak wel, maar die complexen moet je zelf maken. Enzymsynthese kun je in principe overlaten aan een gemodificeerd micro-organisme, en kost dus minder moeite. En voor een gemodificeerd enzym modificeer je dat micro-organisme gewoon een klein beetje anders.

Arnold heeft nu inderdaad zo’n enzym gemaakt. Eerder bouwde ze al een bacterieel cytochroom P450-enzym om zodat het sulfimides ging maken. Met dit ‘P411’-enzym (ze noemt het zo omdat de karakteristieke absorptiepiek verschuift van 450 naar 411 nm) is ze verder gaan spelen. Subsititie van isoleucine door fenylalanine op positie 263 bleek voldoende om een enzym te krijgen dat gesubstitueerde styreenmoleculen laat reageren met p-tolueensulfonazide (‘tosylazide’) tot aziridines.

Die kun je dan weer als uitgangspunt gebruiken voor allerlei andere moeilijk te synthetiseren verbindingen die wellicht interessant zijn als geneesmiddel maar juist vanwege de moeizame synthese nooit als zodanig zijn uitgeprobeerd.

Arnold voorspelt dat er nog veel meer mogelijkheden zijn om natuurlijke enzymen op simpele wijze te verbouwen tot synthetisch gereedschap.

bron: American Chemical Society