2.3.2. Глюкозодегидрогеназа
Глюкозодегидрогеназа – фермент, катализирующий образование глюкозолактона. Глюкозолактон легко гидролизуется до глюконовой кислоты, что делает реакцию необратимой. Обилие GDH в природе делает возможным поиск ферментов, показывающих максимальную активность при экстремальных условиях, например, при высоких температурах, кислой pH или высокой концентрации соли. Недостатками применения глюкозодегидрогеназы является то, что для регенерации NADH требуется количество, в 4 раза превышающее аналогичное у FDH, а также необходимость очистки продукта от глюконовой кислоты. [10]
2.3.3. Фосфитдегидрогеназа
Фосфитдегидрогеназа – фермент, катализирующий реакцию окисления фосфита в фосфат, параллельно востанавливая NAD+ до NADH. Реакция также необратима и может быть использована для регенерации NADH. Каталитическая активность фермента близка к максимальной в диапазоне pH = 7,0-7,6. PTDH обладает плохой температурной стабильностью. Оптимальная температура – всего лишь 35,8°С. В настоящее время получены мутантные формы PTDH с повышенной термостабильностью, которые также могут успешно применяться для регенерации NADPH. [10]
2.4. Процессы хирального синтеза, в которых применяется fdh
Процесс хирального синтеза с участием NAD/NADH можно изобразить следующим образом
Переход NAD(P)+ в NAD(P)H выглядит так [3]
При использовании FDH возможно получение оптически активных соединений их нехиральных. Например, получение D-лактата, который активно применяется в пищевой промышленности как регулятор кислотности, влагоудерживающий агент, синергист антиоксидантов, из пирувата с помощью D-лактатдегидрогеназы. [3]
В качестве одного из интересных примеров применения FDH можно привести получение хиральных лактонов с помощью реакции Байера-Виллигера, катализируемое циклогексаномонооксигеназой. В этом примере реализован процесс регенерации NADPH с помощью мутантной NADP+-специфичной FDH из Pseudomonas sp. 101.[8]
Отличительной особенностью этой реакции является увеличение цикла на один атом с одновременным образованием хирального центра.
Другим примером хирального синтеза с участием FDH является процесс получения L-терт-лейцина, который реализован в промышленности и является одним из наиболее крупнотоннажных процессов фармацевтической химии с использованием ферментов.[8]
В настоящее время часто применяется способ, в котором процесс синтеза и регенерации осуществляется непосредственно в бактериальной клетке. Так, ген ФДГ из дрожжей Candida boidini был экспрессирован в E.coli и используется в процессах синтеза ксилитола из ксилозы и S-1-(2-хлорфенил)этанола из o-хлорацетофенона [11]. Одним из распространенных приемов для работы с ферментами является их иммобилизация на твердых носителях. Авторами из [12] была проведена иммобилизация формиатдегидрогеназы из дрожжей Candida methylica, а также других ферментов на наночастицы и проводился синтез S-1,2-пропандиола высокой степени оптической чистоты.
III. Выводы
Ферментативный метод является одним из наиболее перспективных способов получения оптически активных соединений.
Ферменты, участвующие в процессе хирального синтеза, используют такие кофакторы как NADH и NADPH. Использование этих дорогостоящих кофакторов экономически невыгодно, поэтому было предложено использование других ферментов для регенерации кофактора.
Одним из ферментов, широко используемых для регенерации кофактора является формиатдегидрогеназа. FDH имеет широкий pH-оптимум, хорошую термостабильность, высокую стереоспецифичность. Выход реакции может достигать 100%, а продукт (углекислый газ) может быть легко удален из системы, что делает реакцию необратимой. FDH является одним из самых перспективных ферментов, используемых в процессах синтеза оптически активных соединений.