Lo que me toca hacer ventajas de síntesis enzimática

La reacción aldólica es una transformación extremadamente útil que permite la formación de enlaces carbono-carbono y la introducción de hasta dos nuevos estereocentros en el producto (Carolin Bisterfeld y cols. 2016). El control de la estereoquímica de reacción aldólica puede ser un reto y ha sido un área intensa de investigación. Aunque se han desarrollado varios métodos asimétricos (Trost y Ito. 2000), sigue habiendo una necesidad de métodos adicionales.

Las aldolasas han surgido como herramientas eficaces y potentes para la síntesis de moléculas quirales. Wong y col. reportaron reacciones aldólicas tándem, para la formación de compuestos intermedios (Wong y cols. 1995), los cuales son versátiles y aplicables a la preparación de medicamentos reductores de colesterol de tipo estatina: Atorvastatina y Rosuvastatina. Estas reacciones están catalizadas por una desoxirribosa-5-fosfato aldolasa o DERA. La reacción catalizada por esta enzima conlleva a un proceso de equilibrio, su producto intermedio de 4 carbonos se forma de manera reversible. La segunda condensación entre el equivalente del acetaldehído y entre el intermedio lleva a la formación de dos enantiómeros 3R, 5 -6-cloro-2,4,6-trideoxieritro- Hexonolactona (Fig. XX).

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Fig XX. Reacción catalizada por DERA

La productividad volumétrica de esta enzima presenta niveles realmente bajos, 2gr.litros por día, por lo tanto, la productividad está limitada, lo que llevó a William A. Greenberg y col. buscar un DERA mejorado, para poder optimizar la viabilidad del proceso, se basaron en dos parámetros específicos: la tolerancia a altas concentraciones de sustrato y la reducción de la carga del catalizador (Greenberg y cols. 2004). Crearon grandes bibliotecas genómicas mediante la extracción de ADN directamente a partir de muestras ambientales recogidas. La mejora llevó a una producción de 76 g litro en 3 horas con una carga mínima de catalizador 4,8% (peso/peso), al utilizar concentraciones bajas de enzima se obtuvo mejor rendimiento, alcanzando 93 g litros de producto durante 3 horas con tan solo 2,0% (peso/peso). De esta manera se logró mejorar la actividad y tolerancia al sustrato, además de la conversión de una reacción discontinua, en un proceso de alimentación por lotes. Por lo tanto, las concentraciones más altas de producto pueden ser alcanzado en el mismo tiempo, pero gastando menos de la mitad de enzima, lo cual lo hace un proceso mucho más rentable.

La lactona obtenida en este proceso (Fig. XX), con la enzima mejorada, tiene un exceso enantiomérico (ee) de 99,9% y un DE de 99,8%. Además, el compuesto 1 se funcionaliza para convertir el producto enzimático en intermediarios versátiles aplicables a la preparación de la atorvastatina y rosuvastatina.

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Fig. XX. Síntesis de lactona, atorvastatina y rosuvastatina

Carolin Bisterfeld,Thomas Classen, Irene Küberl, Birgit Henßen, Alexander Metz, Holger Gohlke, Jörg Pietruszka. 2016. Redesigning Aldolase Stereoselectivity by Homologous Grafting. PLoS One.  11, 1-19

Barry Trost, Hisanaka Ito. 2000. A Direct Catalytic Enantioselective Aldol Reaction via a Novel Catalyst Design. 122, 12003–12004

Wong C.-H, Garcia Junceda E, Chen L, Blanco O., Gijsen, H. J. M, Steensma, D. H. 1995. Recombinant 2-deoxiribose-5-phosphate aldolase in organic synthesis: use of sequential two-substrate and three-substrate aldol reactions. J. Am. Chem. Soc. 117, 3333–3339.

William A. Greenberg, Alexander Varvak, Sarah R. Hanson, Kelvin Wong, Hongjun Huang, Pei Chen, and Mark J. Burk. 2004. Development of an efficient, scalable, aldolase-catalyzed process for enantioselective synthesis of statin intermediates. PNAS. 101, 5788–5793.

DESHIDROGENASAS

La aplicación de la biocatálisis en productos farmacéuticos ha sido previamente resumida en algunos artículos. De 134 biotransformaciones industriales, el 44% corresponde a hidrolasas y el 30% a biocatalizadores redox y de los productos obtenidos el 89% son compuestos quirales. (Straathof y cols. 2002) Entre estos compuestos quirales, los alcoholes ópticamente activos tienen importancia en la industria farmacéutica (. La preparación de estos alcoholes, se realiza usando deshidrogenasa y reductasas, en donde la primera son enzimas capaces de catalizar la oxidación o reducción de un sustrato ya sea por adición o sustracción de 2 átomos de hidrógeno, pero ocupando un par de coenzimas, los que actúan como aceptores o bien como donadores de electrones y protones, las coenzimas implicadas se tratan de los pares de NAD+/NADH, NADP+/NADPH, FAD/FADH2 y FMN/FMNH2, donde la primera es la forma oxidada y la segunda la forma reducida de la coenzima.

Ambas enzimas son los mejores métodos de reducción de cetonas proquirales.  Las ventajas de estos catalizadores es que son altamente enentio- y regio-selectivo. Además, la aplicación de estas enzimas para la síntesis de intermediarios quirales para obtener medicamentos, es capaz de superar las deficiencias de la catálisis química, tales como la isomerización y la racemización.

Hay numerosos ejemplos del uso de deshidrogenasas para la síntesis de intermediarios claves quirales para estos fármacos. Entre ellos se destaca L-1-amino-2-propanol deshidrogenasa aislada de Rhodococcus erythropolis y dependiente de NADPH (AADH), la cual está implicada en la formación de efedrina, el cual es considerado y ocupado como un ingrediente eficaz para la tos y los resfríos, por lo que su sistema de producción debe ser eficiente para poder ocupar fenil-2-methylaminopropan-1-ona (MAK) es uno de los precusores de D-Ψ-EP [(1S, 2S) -1- fenil-2-metilamino-1-propanol] (Fig. xx), a través de una reducción biocatalítica, el cual es un buen sustituto de fenilpropanolamina PPA, ya que, este está asociado a los accidentes vasculares.  

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