סיקור מקיף

אבני-בניין כיראליים הדרושים להכנת תכשירי רוקחות ותרופות בכמויות גדולות

מדענים מגרמניה הצליחו לייצר באורח סינטתי כמויות גדולות של חומצה איזוציטרית, שלב אחד לפני ייצור חומצת לימון. עד כה הצליחו לייצר באופן סינטתי חומרים אלה רק בכמויות קטנות

מולקולה של אינסולין. איור - ויקיפדיה
מולקולה של אינסולין. איור - ויקיפדיה
באמצעות צירוף של שלב ביוטכנולוגי ושלב כימי, והתחלה משמן חמניות, חוקרים מאוניברסיטת לייפציג פיתחו תהליך סינתטי להכנת כמויות גדולות של (2R,3S)-חומצה איזוציטרית, חומר-הביניים האחרון בהכנה של חומצה ציטרית (חומצת לימון).

מעגל החומצה הציטרית, אחד מהתהליכים המטבוליים החשובים ביותר בגופנו, נוסח עוד בשנת 1937. מאז, כל חומרי-הביניים שלו הופקו בכמויות תעשייתיות, מלבד חריג אחד – (2R,3S)-חומצה איזוציטרית. צוות מחקר באוניברסיטת לייפציג הצליח בכך, בסופו של דבר.

התהליך שלהם, צירוף של שלב ביוטכנולוגי ושלב כימי, מתחיל בשמן חמניות, חומר-מוצא טבעי מתחדש. בזכות תהליך זה חומצה איזוציטרית ונגזרותיה הכימיות זמינות בכמויות של קילוגרמים. במעגל החומצה הציטרית, אצטיל-קואינזים-A, המתקבל בפירוק של שומנים, סוכרים וחומצות אמינו, משמש ליצירת אנרגיה הזמינה ביוכימית לייצור החי.
פחמן דו-חמצני ומים נפלטים החוצה במהלך תהליך זה. מנגנון התגובה הזה קרוי על שמו של אחד מתוצרי-הביניים, האניון של חומצה ציטרית. בטבע, חומצה איזוציטרית מופיעה תמיד עם האיזומר שלה, חומצה ציטרית. ההבדל היחיד בין שתי תרכובות אלו הוא בכך שקבוצת הידרוקסיל קשורה לאטום פחמן שונה בכל אחת מהן.

הפרדה יעילה בכמויות תעשייתיות של שני האיזומרים הייתה בלתי-אפשרית עד כה. הכנה של האיזומר הנקי בתהליכי תסיסה ביוטכנולוגיים נכשלה אף היא. צוות המחקר הצליח בכך, תודות לעוזרים זעירים ביותר – שמרים בשם "Yarrowia lipolytica", אשר מייצרים איזוציטראט משמן חמניות מזוקק בתהליך בו הניצולת ויחס האיזומרים בלתי-מבטיחים. לאחר הרחקת תוצרי-הלוואי משתמשים באלקטרודיאליזה לשם קבלת שתי החומצות באופן נקי. החוקרים משתמשים בתחבולה כימית להפרדת שני האיזומרים: הם משתמשים במתאנול בכדי להמיר את החומצות לאסטרים המתיליים התואמים שלהם.

מדוע זה פועל כהלכה? בעוד שהאסטר המתילי של חומצה ציטרית מתגבש, האסטר המתילי של חומצה איזוציטרית הינו נוזל. במצב זה ההפרדה בין השניים פשוטה ביותר. מדוע הייתה החומצה האיזוציטרית כה חשובה לחוקרים אלו? החומצה הינה תרכובת בעלת מרכזים כיראליים – אטומי פחמן הנושאים עליהם ארבע קבוצות מתמירים שונות. באופן טבעי ישנם תמיד שני סוגים של איזומרים בעלי מרכזים כיראליים – אננטיומרים – כל אחד הוא דמות הראי של השני. תרכובות כיראליות קטנות הזמינות באופן נפוץ הינן אבני-בניין לסינתזה של חומרי-טבע מורכבים וחומרי-מוצא חשובים ביותר לתעשייה הרוקחות. קבלת החומצה האיזוציטרית בקלות כזו בשיטה החדישה מאפשרת מאגר זמין, נוח, יעיל וזול לאבני-בניין כיראליים שכאלו.

להודעה לעיתונות של החוקרים

3 תגובות

  1. אם זכרוני אינו מטעה אותי, זו הפעם הראשונה שאני קורא באתר ידיעה בנושא סינתזה אסימטרית.
    אני באופן אישי אוהב מאוד את הנושא.
    כולי תקווה שזו לא הפעם האחרונה.

  2. מה שאני מבין ממאמר זה , ששמן חמניות הוא בסדר בשביל לעשות חביתה וחומצת לימון דווקא לא רע בשביל סלט.
    חוץ מזה כל השאר הוא איזוציטרי מידי לטעמי.

    יש לי הרגשה שזו תהיה התגובה היחידה למאמר זה.

    סבדרמיש יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן