Het is gelukt om met twee simpele, volledig synthetische moleculen een enzymreactie te imiteren. Een samenwerkende groep Zwitsers, Chinezen en Amerikanen publiceerde dit in Nature Chemistry.
Een enzym versnelt een reactie door zijn actieve site aan te passen aan de overgangssituatie van een reactie. Dat doet deze door een vorm aan te nemen die sterker aan het overgangsmolecuul bindt dan aan de beginstof, waardoor het voor deze beginstof relatief gunstiger is om te reageren dan normaal. De energiebarrière is dan kleiner dan normaal en dus gaat de reactie sneller.
De onderzoekers maakten als actieve site imitator een cyclisch molecuul met een 4+-lading, dat ze Ex-Box noemden. Dit molecuul bestaat uit afwisselende pyridine- en benzeenringen. Daarmee katalyseerden ze een reactie van corannuleen, een verbinding in de vorm van een kom. Dit molecuul ondergaat uit zichzelf een inversie waarbij de kom omklapt. Met Ex-Box konden ze de energiebarrière van deze reactie verlagen van 10,8 naar 8,7 kcal per mol, wat de reactie ongeveer tien keer sneller maakt. Dat komt niet in de buurt van de duizenden keren sneller die echte enzymen bereiken, maar de studie ging om het principe.
Ex-Box is in staat om complexen te vormen met aromatische verbindingen, maar niet zomaar met corannuleen zelf. Met zijn hoogte van 0,43 nanometer is het namelijk te groot voor Ex-Box, dat 0,35 nanometer aan ruimte biedt. Maar dat bleek geen probleem, omdat Ex-Box gewoon wat oprekte om ruimte te bieden aan corannuleen. Tenminste, zolang het corannuleen zich wat platter maakt en dus de overgangssituatie meer benadert. Alleen in deze overgangssituatie kan er een zeer gunstige overlap tussen de elektronenwolken van beide verbindingen plaatsvinden. Vanuit die overgangssituatie is de kans even groot dat corannuleen weer terugklapt naar zijn oorspronkelijke komvorm, als de geïnverteerde vorm.
De multinationale onderzoekers volgden deze reactie met NMR, kristallografie en calorimetrie en bevestigden dat die invertering inderdaad gebeurde. Ze bevestigden dit ook nog met theoretische computerberekeningen.
De Amerikaanse groep had Ex-Box eerder al gebruikt in experimenten met andere aromatische koolwaterstoffen. Zo bleek coroneen, een zeshoekige molecuul bestaand uit zeven zesringen, er perfect in te passen en erg gunstig te kunnen samenwerken met het grotere molecuul.
Lawrence Scott van Boston College (Amerika), die niet meewerkte aan het onderzoek, is erg enthousiast. ‘De simpliciteit van dit systeem maakt dat het structureel, kinetisch en computationeel erg goed vastgesteld is. Ik zie dit wel een klassieke illustratie van enzymkatalyse worden.’ Los van het fundamentale aspect van de studie, verwachten verschillende onderzoekers ook dat het inzicht in dit modelsysteem bijdraagt aan de mogelijkheden om de natuur na te bootsen.
Nog geen opmerkingen