Para ilmuwan telah menciptakan enzim yang menggabungkan asam boronat, yang meningkatkan kekuatan katalitik dan selektivitasnya melalui evolusi terarah, menawarkan alternatif yang lebih berkelanjutan dibandingkan reaksi kimia tradisional. Inovasi ini tidak hanya mempercepat katalisis tetapi juga mencapai enansioselektivitas tinggi, yang penting untuk memproduksi molekul kiral yang dibutuhkan dalam bidang farmasi.
boron asam telah digunakan dalam kimia organik selama beberapa dekade, meskipun tidak ditemukan pada organisme hidup mana pun.
‘Hal ini menimbulkan reaksi kimia yang berbeda dari yang kita temukan di alam,’ jelas Gerard Roelfes, Profesor Kimia & Katalisis Biomolekuler di Universitas Groningen. Kelompoknya menciptakan enzim dengan asam boronat sebagai pusat reaktifnya dan kemudian menggunakan evolusi terarah untuk membuatnya lebih selektif dan meningkatkan kekuatan katalitiknya.
Ini adalah Gerard Roelfes, Profesor Kimia & Katalisis Biomolekuler di Universitas Groningen dan penulis utama makalah Nature. Kredit: Universitas Groningen
Selain itu, reaksi enzimatik lebih berkelanjutan dibandingkan reaksi kimia klasik, karena berlangsung pada suhu rendah dan tanpa pelarut beracun. Studi ini dipresentasikan secara online di jurnal Alam pada tanggal 8 Mei.
Penerapan boron dalam kimia organik sudah ada sejak tujuh puluh tahun yang lalu dan dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1979. Dalam beberapa tahun terakhir, minat terhadap boron sebagai katalis telah meningkat, namun penggunaannya dalam industri kimia masih terbatas. Roelfes: ‘Sejauh ini, katalisis boron terlalu lambat dan tidak cocok untuk reaksi enansioselektif.’
Jenis reaksi ini digunakan untuk membuat molekul kiral, yang bisa ada dalam dua versi yang merupakan bayangan cermin satu sama lain, seperti tangan kiri dan kanan. Pada banyak obat, kedua ‘tangan’ dapat memberikan efek yang berbeda. Oleh karena itu, penting untuk selektif menghasilkan ‘tangan’ yang tepat, terutama bagi industri farmasi.
Kode genetik yang diperluas
‘Untuk mewujudkan hal ini, kami mulai memasukkan boron ke dalam enzim. Kelompok kami memiliki sejarah panjang dalam merancang enzim yang tidak ada di alam.’ Kelompok Roelfes menggunakan kode genetik yang diperluas untuk memasukkan asam amino non-alami yang mengandung gugus asam boronat reaktif ke dalam enzim. ‘Dengan menggunakan teknik ini, kita dapat menentukan di DNA tingkat di mana kita menempatkan asam amino dalam protein.’
Ini adalah representasi skematis tentang bagaimana ahli kimia Universitas Groningen memperkenalkan asam amino buatan yang mengandung boron ke dalam enzim. Kredit: Roefels Lab / Universitas Groningen
Begitu mereka membuat enzim dengan asam boronat sebagai pusat reaktifnya, mereka dapat menggunakan evolusi terarah untuk meningkatkan efisiensinya, sehingga menghasilkan katalisis yang lebih cepat. ‘Lebih jauh lagi, dengan menempatkan asam boronat dalam konteks kiral suatu enzim, kami mampu mencapai katalisis yang sangat enansioselektif.’ Reaksi yang dijelaskan dalam jurnal Nature adalah ‘bukti prinsip’ dan menunjukkan cara memanfaatkan kekuatan katalitik boron dalam enzim.
Biokatalisis
Penggunaan enzim untuk membuat senyawa organik penting bagi industri farmasi.
‘Dalam upaya mereka menuju cara memproduksi obat yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan, mereka mencari biokatalisis untuk menggantikan reaksi kimia konvensional.’ Di Universitas Groningen, upaya bersama sedang dilakukan untuk mencapai tujuan ini. ‘Kami memiliki sejumlah kelompok penelitian di Fakultas Sains dan Teknik yang terlibat dalam pekerjaan semacam ini, menggunakan pendekatan berbeda untuk menciptakan solusi biokatalitik bagi industri kimia.’ Dalam konteks ini, Roelfes dan timnya akan terus mengembangkan enzim asam boronat dan menciptakan enzim baru lainnya.
Referensi: “Katalisis boron dalam enzim perancang” oleh Lars Longwitz, Reuben B. Leveson-Gower, Henriëtte J. Rozeboom, Andy-Mark WH Thunnissen dan Gerard Roelfes, 8 Mei 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07391-3
