Biotransformacje: przekształcanie związków chemicznych pod wpływem enzymów
Selektywność/specyficzność reakcji enzymatycznych: enzymy mogą rozróżniać takie same grupy funkcyjne w różnych otoczeniach chemicznych, reakcje dotyczą wybranego fragmentu cząsteczki,
Postaci mikroorganizmów: prasowane, suche, liofilizowane (usunięcie rozpuszczalnika z postaci zamrożonej), immobilizowane,
Drożdże: syntetyzują enzymy, koenzymy (do redox)
OTRZYMANIE CHIRALNYCH ALKOHOLI (substrat dla syntezy związków naturalnych i farmaceutyków)
Np.: redukcja ketonów alifatycznych (metylowych) -> drugorzędowe alkohole (S)
- Reguła Preloga ( podstawniki o najniższym pierwszeństwie- najdalej, itp.)
- przebieg reakcji zależy od budowy przestrzennej substratu,
- Ketony sterycznie zatłoczone- nie redukowane przez drożdże)
Np.: redukcja pochodnych biferylu -> synteza chiralnych związków ciekłokrystalicznych
REDUKCJA ZWIĄZKÓW DIKARBONYLOWYCH ( DIKETONÓW I OKSOESTRÓW)
Np.: redukcja estrów kwasu acetylooctowego -> hydroksobutaniany (chiralne półprodukty w syntezie farmaceutyków => karbapenem/do sepsy/, deuozamina, benzotiazepina)
-oksydoreduktazy,
REDUKCJA β-KETOESTRÓW
-zależy od długości łańcucha węglowodorowego : krótkie do (S), długie hydrofobowe do (P)
-selektowność zwiększamy przez sole potasowe 3-ketokwasów,
-obecnośc dodatkowej grupy hydroksylowej w pozycji α wpływa na stereochemiczny przebieg reakcji-> powstawanie diastereoizomerów
Np.: synteza L-karnityny
Np.: otrzymanie alkoholi, reakcja używana w syntezie bocznego łańcucha paklitakselu (śr przeciwnowotworowy)
REDUKACJA α-OKSOESTRÓW
Np.: produkty reakcji uczestniczą w syntezie inhibitorów enzymu konwertującego angiotensynę (hormon kontrolujący stężenie Na+ i K+)
UWODORNIENIE PODWÓJNEGO WIĄZANIA C=N
-warunki bezwodne (bo można zhydrolizować substrat)
• REDUKCJA AROMATYCZNYCH ZWIĄZKÓW NITROWYCH
Np.: redukcja nitroacetofenoli ( jednocześnie gr nitrowa i karbonylowa)
Np.: azydoareny do amin aromatycznych
- w rozpuszczalnikach organicznych
Redukcja wiązania węgiel-węgiel
- wiązania podwójne w pozycji allilowej w nienasyconych alkoholach
- otrzymywanie optycznie czynnych alkoholi podstawionych w pozycji 2 grupą metylową
- możliwy równoczesny przebieg reakcji: redukcja awiązania C=C i gr karbonylowej
- przebieg reakcji zależy od obecności podstawników w pozycjach orto- i meta-
Reakcje utleniania
UTLENIANIE ALKOHOLI
- nie powstaje nowe centrum asymetrii
ROZDZIELENIE RACEMICZNYCH ALKANODIOLI
- enancjoselektywne utlenianie
REAKCJA BAEYERA-VILLIGERA
- reakcja utleniania ketonów nadklasami -> metoda syntezy estrów lub lak tonów
- enzym: monooksygenaza cykloheksanonowa
Np.: utlenianie cykloheksanów i cyklopentanów
Reakcje hydrolizy
HYDROLIZA ESTRÓW
- regio i stereo specyficzna
- enzym: esteraza
- hydrolityczne rozszczepienie wiązań estrowych
Np.: hydroliza estrów kwasu octowego i racemiczne alkohole
HYDROLIZA ACYLOLAKTONÓW I DIACETYLOWANYCH CYKLOPENTADIENOLI
-regio i stereo specyficzna
-reakcja uboczna: redukcja podwójnego wiązania C=C
HYDROLIZA OCTANÓW
- do syntezy alkaloidów, prostaglandyn (skurcz mięśni), pyretroidów (insektycydy), steroidów
- istotna jest budowa cząsteczki kwasu tworzącego ester. Drożdże katalizują hydrolizę estrów kw alifatycznych!!!! Nie do benzoesanów!!!!
HYDROLIZA ACYLOGLICEROLI
- niewielka enancjoselektywność
SYNTEZA ENANCJOMETYCZNIE CZYSTYCH AMINOKWASÓW
-enzym: proteinaza
Tworzenie wiązań pomiędzy atomami węgla
KONDENSACJA ACYLOINOWA
- dwuwęglowy fragment z dekarboksylacji kwasu pirogronowego, przenoszony za pomocą dekarboksylazy pirogronianowej
- koenzym: pirofosforan tiaminy
- produkt: acyloiny, półprodukt w syntezie np. efedryny
REAKCJA MICHAELA
- wariant kondensacji acyloinowej
- ulegają jej winyloketony w obecności trifluoroetanolu
CYKLIZACJA
Np.: epoksyd skwalenu (enzym: cyklaza sterolowa) -> lano sterol
Rozpad wiązania węgiel-węgiel
Np.: dekarboksylacja podstawinych w pierścieniu aromatycznym pochodnych kwasu cynamonowego
Taniej: całe mikroorganizmy,
Enzymy działają zarówno w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych
wydajności enancjomerycznej: Obniżenie wynika ze współzawodnictwa enzymów o przeciwnych selektywnościach, zależy od podstawnika w grupie estrowej , postaci drożdży. NAJLEPIEJ: drożdże prasowane w buforze fosforanowym z dodatkiem alkoholu allilowego lub MgSO4
Optymalizacja warunków: znalezienie reagentów, które zahamują lub zintensyfikują działanie enzymów: np. zmiana temperatury, stężenia substratu, stężenia składników pożywki, pH, dodanie rozp org .
pH: 4: wysoka enancjoselektywność i distereoselektywność; 7: enacjo wysoka, Dia- spada na łeb na szyję! ; dodatek Chlorku magnezu -> utrata Dia, hamowanie stereo ( kompleks między gr karbonylowymi i mg2+)
zmiana stężenia substratu: wzrost stężenia sub zwiększa wydajność enacjo
alkohol allilowy: wybiórczy inhibitor enzymów, zwiększa nadmiar enancjo,
chlorek fenacylu: kontrola stereochemii
inkubacja: drożdże z chlorkiem-> 6h! najlepiej. Inkubacja 40-50C, dobrze bo częściowa denaturacja enzymów
siarka: wzrost enancjo , wzrost szybkości, zahamowanie migracji i hydrolizy. Mogą uczestniczyć w regeneracji NADPH, mogą zmienić reaktywność gr karbonylowej poprzez przekształcenie jej w hemitioacetal.
Immobilizacja: ułatwia przeróbkę po reakcji, wydajność zależy od matrycy,
Rozpuszczalnik organiczny: wpływa na wydajność enancjo, zmienia stereochemiczny przebieg reakcji
Modyfikacja genetyczna: pozbawione genu reduktazy, wzrost stereo
Wady: długi czas reakcji, koniecznośc wydzielenia produktów ,
Przemysłowo: (S)-2-hydroksybutanian etylu -> prekursor w farmacji
Redukcja grup w syntezie trimegestonu
Drożdże w przemyśle: wykorzystywane w przemyśle spożywczym, a zwłaszcza fermentacyjnym (drożdże piwowarskie, winiarskie, gorzelnicze i piekarniane) drożdżami dzikimi, wywołujące wady produktu (śluzowacenie, zużywanie alkoholu, gorzknienie itp.). Z drugiej zaś strony, dzikie drożdże mogą być pożyteczne; są wykorzystywane np. przy produkcji piwa typu lambik czy rakii.
Reakcje drożdży:
Dlaczego szeroko stosowane w przemyśle: Są wygodnym materiałem do badań, ponieważ ich hodowla nie jest skomplikowana, mają niskie wymagania, a przy tym szybki wzrost. Razem z E. coli jest jednym z modelowych organizmów jednokomórkowych. Znaczenie drożdży w nauce wzięło swój początek z ich szerokiego zastosowania w przemyśle. Ponadto drożdże cechuje dość prosta budowa, ale jednocześnie bardzo podobna do komórek ludzkich