In Leuven is een metal-organic framework ontwikkeld dat eiwitketens opsplitst selectief opsplitst in kortere peptideketens. Het is één van de eerste heterogene katalysatoren die dit voor elkaar krijgt, blijkt uit een recente publicatie van Hong Giang T. Ly en collega’s in het Journal of the American Chemical Society.

De peptidebindingen tussen die aminozuren zijn uiterst stabiel; de halfwaardetijd in het menselijk lichaam wordt geschat op 350 jaar. De natuur gebruikt protease-enzymen om ze te hydrolyseren en al eerder bleek dat diverse overgangsmetaal- en lanthanide-ionen in principe voor protease kunnen spelen. Maar als je die los toevoegt hebben ze de neiging een gel te vormen, en combinaties met organische liganden leverden tot nu toe weinig succes op.

Als eerste alternatief dachten ze in Leuven aan polyoxometalaten, grote clusters van een aantal metaalionen met zuurstof. In die vorm bleek met name Zr⁴⁺ uitstekend te presteren als anorganisch protease. Maar zo’n polyoxometalaat blijft een homogene katalysator die je achteraf alleen met de nodige moeite uit de oplossing kunt verwijderen.

Vandaar dat dat de onderzoeksgroepen van Tatjana Parac-Vogt en Dirk De Vos nu een heterogeen alternatief hebben uitgeprobeerd: metaal-organische roosters (MOFs), opgebouwd uit Zr⁴⁺ en organische linkers. Die laatste moeten daarbij lang genoeg zijn om poriën te creëren waar een korte peptideketen in past.

Tot nu toe behaalden ze de beste resultaten met een reeds bekende structuur genaamd MOF-808, voluit [Zr₆O₄(OH)₄(btc)₂-HCOO)₆] waarin btc staat voor benzeen-1,3,5-tricarboxylaat. Hierbij bestaan de hoekpunten dus niet uit losse Zr⁴⁺-ionen maar uit Zr₆O₄(OH)_4-clusters, die wel iets weg hebben van een polyoxometalaat en net zo stabiel zijn.

Experimenten met dimeren van het aminozuur glycine lieten zien dat deze inderdaad in de poriën passen, waar ze complexen vormen met twee van de Zr⁴⁺-ionen in zo’n cluster. Vervolgens worden ze inderdaad gehydrolyseerd.

Met dimeren van glycine en een ander aminozuur lukt het ook. Hoe snel het gaat, hangt af van de omvang van dat tweede aminozuur én van de mogelijkheden die het heeft voor interactie met zowel het cluster als de btc-linkers.

Verrassend genoeg blijkt het zelfs mogelijk om een compleet eiwit, HEWL uit het wit van een kippenei, in stukken te knippen ter hoogte van bepaalde aminozuren. In zijn geheel kan dat onmogelijk passen in de poriën. De onderzoekers vermoeden dat de uiteinden nu en dan even ontvouwen en dan naar binnen worden getrokken. Maar het kan ook zijn dat zirkoonclusters op het buitenoppervlak van het MOF-kristal er voor verantwoordelijk zijn.

bron: KU Leuven (met dank aan Bart Bueken)