Um grande número de aplicações na indústria química depende das moléculas NADH ou NADPH como combustível. Uma equipe liderada pelo professor Dirk Tischler, chefe do grupo de trabalho de Biotecnologia Microbiana da Ruhr University Bochum, usou um biocatalisador para estudar detalhadamente sua produção.



Os pesquisadores comprovaram que, além do formato, o biocatalisador formato desidrogenase também pode converter formamidas. Isto significa, por um lado, que a enzima também pode clivar a ligação C – N, difícil de quebrar. Por outro lado, as formamidas são um solvente comum.

"Isso abre possibilidades completamente novas para reações de NADH pouco solúveis, bem como para reações dependentes de NADPH", diz Tischler.

Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista ACS Catalysis em 26 de janeiro de 2024.

A formato desidrogenase é usada em processos biocatalíticos para disponibilizar elétrons como combustível para reações posteriores, removendo-os de um substrato. Nas aplicações atuais, o substrato é NAD+ e o produto é NADH. O produto residual é CO₂ .

“Isso é bom neste caso, pois escapa na forma de gás e, portanto, evita que a reação desejada ocorra ao contrário”, explica Tischler.

Como a variante NADPH – com mais um grupo fosfato – é frequentemente necessária como produto, sua equipe criou mutantes do biocatalisador que converte o NADP+ no produto desejado.

E se o catalisador também quebrar a ligação C–N?

Enquanto trabalhavam na formato desidrogenase, os pesquisadores perceberam que pouco se sabia sobre materiais de partida alternativos para o biocatalisador. “Examinamos vários substratos possíveis (derivados de formato) e descobrimos que uma ligação C – O é sempre quebrada quando são convertidos pelo biocatalisador”, explica Tischler. "Isso nos deu uma ideia:e se a enzima também pudesse clivar ligações C – N - tradicionalmente uma tarefa difícil de resolver?"

Outros testes mostraram que o biocatalisador é realmente capaz disso:ele também pode converter formamidas, derivados do formato com um composto adicional para formar nitrogênio, como material de partida. Como as formamidas são solventes comuns e baratos, elas servem tanto como solvente quanto como substrato nesta reação. Também é possível fornecer NADH e NADPH nesta constelação. CO₂ também é produzido como produto residual nessas reações e, ao escapar, evita que as reações retrocedam.

“Esta reação nunca foi descrita antes”, diz Tischler. Sua equipe mostrou que o uso de formamidas como fonte de elétrons para a formação de NADPH pode alcançar resultados equivalentes ou até ligeiramente melhores em comparação ao sistema convencional com formiato.

“Isso abre possibilidades completamente novas, pois nossos mutantes mais estáveis ​​ainda estão ativos em até 40% em volume de formamidas”, afirma o pesquisador.

Mais informações: Artur Maier et al, Desbloqueando a diversidade catalítica de uma formato desidrogenase:atividade de formamida para regeneração de NADPH e fornecimento de amina para aminação redutiva assimétrica, ACS Catalysis (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c05409
Informações do diário: Catálise ACS

Fornecido por Ruhr-Universitaet-Bochum