6. Моделювання біокаталітичних процесів. Ферментні технології

6.1. Принципи ферментного каталізу

Каталітична функція білків. Порівняння біологічного та хімічного каталізу. Переваги ферментного каталізу. Роль ферментів у явищах життєдіяльності. Біологічний каталіз як кооперативний процес, запрограмований у часі та просторі. Хімічна і просторова будова активних центрів ферментів. Регуляція активності ферментів. Регуляторні ферменти. Принципи та механізм дії. Фармацевтичні препарати як конкурентні інгібітори. Алкалоїди: етопозид, теніпозид, іринотекан, механізми дії. Моделювання ферментативних систем. Біоміметична хімія. Основні вимоги до модельних систем. Дослідження механізму дії ферментів з допомогою модельних схем. Донорно-акцепторне комплексоутворення. Рецепторно-субстратне комплексоутворення. Краун-естери як аналоги ферментів у процесі розділення енантіомерів. Принцип хірального впізнавання. 1,1’-Біснафтил-2,2’-краун-6-естер. Парациклофани. Хіральні молекулярні каталізатори. Криптанди і комплекси включення.

6.2. Коферменти

Коферменти – переносчики водню та електронів (ФМН, ФАД, НАД, НАДФ, аскорбат, глутатіон, ліпоєва кислота). Встановлення механізму гідридного переносу з використанням модельних хімічних систем. Значення координації з йонами металів для стереоспецифічності процесу відновлення. Механізм йон-радикального відновлення через утворення [НАД•Н]⁺. Модельні системи. Аналоги флавінів.

Коферменти – переносчики груп (нуклеотиди, коензим А). Коферменти неокисного декарбоксилювання та переносу СО₂.Тіамін. Участь у розриві С–С зв’язку біля карбонільної групи. Утворення ацетилфосфату. Каталіз реакцій конденсації. Механізм біологічної дії тіаміну. Аналогії з модельними хімічними реакціями. Біотин. Дезтіобіотин і оксибіотин. Роль у фіксації СО₂. Механізм дії біотину у біологічних процесах. Роль енольних форм при переносі СО₂. Модельні дослідження. Піридоксаль. Стереохімія взаємодії. 1,3-Прототропний зсув. Явище ізоінверсії. Використання модельних систем для встановлення механізму дії піридоксальфосфату) Фолієва кислота, глутатіон, ціанкобаламін).

6.3. Ферментні технології

Міцелярний каталіз бензоїнової конденсації. Полімерні ферменти. Стереохімічний контроль процесу. Циклодекстрини. Використання для реакцій гідролізу. Використання стероїдної матриці у ферментному каталізі. Селективна функціоналізація. Реакції полієнової конденсації. Хімічний та біохімічний синтез ланостерину та холестерину. Ферментативна циклізація та біоміметичний підхід до хімічного синтезу.

Іммобілізовані ферменти і ферментна технологія. Використання для виробництва продуктів харчування. Іммобілізовані коферменти. Синтетична біохімія. Синтез аланіну, преднізолону, 2-амінопеніциланової кислоти. Неферментативна генерація коферментів та використання коферментів в органічному синтезі. Інгібітори ферментів. Аффінні мітки. Антибіотики.Токсини.

6.4. Вільнорадикальні процеси в організмі

Радикальні процеси у живих організмах. Активація молекулярного кисню. Одноелектронне відновлення кисню. Активні форми кисню. Ферменти знешкодження активних форм кисню – супероксиддисмутази, каталази, пероксидази. Продукти окисної деструкції білків, ліпідів, нуклеїнових кислот. Неферментні антиоксиданти. Синтетичні засоби, що містять активний кисень. Модельні системи для дослідження механізму переносу кисню флавінзалежною монооксигеназою.