Onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld die helpt bij het maken van waardevolle verbindingen door een unieke combinatie van katalysatoren te gebruiken.

Een studie gepubliceerd in Natuur rapporteerde een nieuwe katalytische methode die enzymatische katalysatoren combineert met fotokatalysatoren.

Huimin Zhao, Professor of Chemical and Biomolecular Engineering en leider van het onderzoeksthema Biosystems Design aan het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology aan de Universiteit van Illinois, leidde het onderzoek samen met John Hartwig, Professor in de chemie aan de Universiteit van Californië, Berkeley, die eerder een professor was aan de Universiteit van Illinois en al lang een medewerker van Zhao's is. Coauteurs zijn onder meer Yajie Wang, een afgestudeerde student in de afdeling chemische en biomoleculaire engineering aan de Universiteit van Illinois, en Zachary Litman, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Michigan.

Alle organismen zijn afhankelijk van chemische reacties om verschillende natuurlijke producten te maken. Chemische reacties kunnen worden veroorzaakt door een aantal katalysatoren, zoals enzymatische of chemische katalysatoren.

Wetenschappers gebruiken vaak combinaties van enzymatische en chemische katalysatoren om reacties te veroorzaken die resulteren in hogere opbrengsten dan wat kan worden bereikt met alleen enzymen. Hogere opbrengsten zijn gunstig wanneer wetenschappers deze reacties willen gebruiken om nuttige producten te maken, zoals biobrandstoffen en geneesmiddelen.

Maar het combineren van enzymatische en chemische katalysatoren is moeilijk te doen - de twee katalysatoren zijn van nature niet compatibel; ze werken het beste onder verschillende omstandigheden en temperaturen.

Gezien de noodzaak van nieuwe benaderingen, Wang en Litman kwamen met een idee:enzymatische katalyse en fotokatalyse combineren.

fotokatalyse, die licht gebruikt om een ​​chemische reactie op gang te brengen, is momenteel een populair onderzoeksgebied.

"Veel onderzoekers hebben geprobeerd nieuwe fotokatalysatoren te ontwikkelen voor verschillende reacties, "Zei Zhao. "En enzymkatalyse is een relatief oud veld."

Hoewel fotokatalyse en enzymkatalyse afzonderlijk zijn bestudeerd, weinig onderzoekers hebben deze twee katalysatoren bij elkaar gebracht.

Het team bestudeerde verschillende enzymen en fotokatalysatoren en vond een paar dat samenwerkt.

"Als je een door licht aangedreven proces gebruikt in plaats van een door warmte aangedreven, dan zal dat compatibel zijn met de enzymen, ' zei Hartwig.

Ze toonden niet alleen aan dat enzymatische katalysatoren en fotokatalysatoren kunnen worden gecombineerd, maar dat deze combinatie ook productief kan zijn. Hun methode was in staat om enkele belangrijke actieve farmaceutische tussenproducten (API's) te creëren voor de productie van farmaceutische geneesmiddelen.

"(Dit onderzoek) zou heel nuttig zijn voor synthetische chemie, ' zei Hartwig.

Zhao zei dat ze verder onderzoek op dit gebied zullen voortzetten als onderdeel van Illinois' Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI), een samenwerking tussen het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology en het Institute for Sustainability, Energie, en Milieu.

Een van de doelen van CABBI is om biologische systemen te ontwikkelen die niet-natuurlijke verbindingen produceren, die kunnen worden gebruikt voor biobrandstoffen, vliegtuigbrandstoffen, smeermiddelen, en meer.

De onderzoekers hopen meer combinaties van fotokatalysatoren en enzymatische katalysatoren te vinden voor meer chemische reacties.

"Dit is slechts een eerste voorbeeld, " Zei Zhao. "We willen meer chemo-enzymatische systemen vinden voor verschillende soorten reacties."

Zhao verwacht dat dit onderzoek ook tot nieuwe ontdekkingen zal leiden.

"Er zijn veel nieuwe fotokatalysatoren voor verschillende soorten reacties, en er zijn veel enzymen, " zei hij. "Dus ik kan zien dat dit onderzoekers zal stimuleren om nieuwe systemen te ontwikkelen die deze twee soorten katalysatoren kunnen combineren voor het maken van een breed scala aan bruikbare verbindingen."