Immobilizacja oksynitryliaz z wykorzystaniem bi-funkcjonalizowanych monolitów krzemionkowych
Opis projektu
Procesy biochemiczne są istotnym elementem szeroko pojętej i prężnie rozwijającej się dziedziny zwanej „green chemistry”. W procesach tych z powodzeniem wykorzystuje się enzymy cechujące się wysoką chemo-, regio- i enancjoselektywnością.
Ponadto są one nietoksyczne, biodegradowalne, a co najważniejsze pozwalają znacznie ograniczyć ilość etapów syntezy na drodze do produktu końcowego, przez co powstaje mniej produktów ubocznych w porównaniu do tradycyjnych syntez chemicznych. Liazy hydroksynitrylowe to biokatalizatory, które cechuje wysoka enancjoselektywność w reakcjach prowadzących do wytworzenia chiralnych cyjanohydryn. Uzyskane w ten sposób związki stanowią cenne półprodukty w syntezach wielu substancji o znaczeniu biologicznym, mających zastosowanie w farmacji, bądź substancji z grupy fine- oraz bulk chemicals, wykorzystywanych w przemyśle chemicznym. Chiralne cyjanohydryny mogą być łatwo przekształcane w szeroką gamę innych chiralnych produktów, jak na przykład
α-hydroksyaldehydy i ketony, β-aminoalkohole, α-fluorocyjanki. Jednakże enzymy są strukturami rozpuszczalnymi w wodzie, mało odpornymi na działanie rozpuszczalników organicznych, a ze względu na brak możliwości recyklu enzymów natywnych, ich stosowanie wiąże się zazwyczaj z dużymi kosztami. W związku z powyższym konieczna jest immobilizacja enzymów pozwalająca na ich wielokrotne stosowanie w procesie. Procedura immobilizacji to unieruchomienie biokatalizatora, między innymi na powierzchni nośnika za pomocą określonych oddziaływań lub wiązań. Jednym z chętniej stosowanych materiałów są porowate nośniki krzemionkowe, które cechuje brak toksyczności, duża odporność termiczna, mechaniczna, odporność na biodegradację i degradację pod wpływem rozpuszczalników organicznych. Nośniki te mogą występować w postaci monolitów o hierarchicznej strukturze porów, stanowiących rdzeń mikroreaktorów przepływowych. Technologia mikroreaktorów jest obecnie jedną z najlepiej rozwijających się dziedzin inżynierii chemicznej i niesie ze sobą wiele udogodnień stosowanych w syntezie fine chemicals. Nośniki krzemionkowe posiadają na swojej powierzchni liczne grupy hydroksylowe, które rzadko wykorzystywane są do immobilizacji enzymów,
jednakże za ich pomocą możliwe jest wprowadzenie szeregu innych grup funkcyjnych (aminowych, epoksydowych, hydrofobowych), czy metali przejściowych (nikiel, kobalt, żelazo) biorących czynny udział w unieruchamianiu białka.
Zazwyczaj, celem przeprowadzenie unieruchamiania enzymów, na powierzchnię krzemionki wprowadza się jeden rodzaj grup funkcyjnych, których zadaniem jest efektywne związanie białka. W przedkładanym projekcie proponujemy wprowadzenie na powierzchnię nośnika dwóch lub więcej rodzajów grup funkcyjnych. Zabieg ten będzie miał na celu przede wszystkim zwiększenie stabilności immobilizowanych oksynitryliaz. W badaniach skupimy się na co najmniej dwóch liazach hydroksynitrylowych znacząco różniących się budową i pochodzących z różnych organizmów. Dodatkowo określimy wpływ funkcjonalizacji nośnika na zachowanie katalizatora w dwóch środowiskach reakcyjnych: organicznym saturowanym buforem oraz dwufazowym ciecz-ciecz.
