Vor 20 Jahren entdeckte der dänische Chemiker Morten Meldal eine neue Methode zum Zusammenbau von Molekülen.
Das Zusammensetzen von Molekülen war und ist ein großer Teil der Arbeit von Chemikern – egal ob sie für die Entwicklung neuer Kläranlagen, Sonnenschutzmittel, Batterien oder Spülmittel angeheuert werden; kein neues Produkt entsteht, bis die Moleküle richtig zusammengesetzt sind.
Meldals Entdeckung hieß Klick-Chemie und brachte ihm dieses Jahr den Nobelpreis für Chemie ein (zusammen mit Barry Sharpless und Carolyn Bertozzi).
„Die Klick-Chemie ist eine riesige Entdeckung, und der Nobelpreis ist absolut verdient“, sagt Changzhu Wu, Chemiker und außerordentlicher Professor am Institut für Chemie, Physik und Pharmazie, wo er nachhaltige Enzyme untersucht. Aber, fügt er hinzu: „Die Chemie der Zukunft muss nachhaltiger werden, das gilt auch für die Klick-Chemie.“
Zusammen mit Kollegen hat Wu einen wissenschaftlichen Artikel veröffentlicht, in dem das Team eine neue Art nachhaltiger Klick-Chemie beschreibt.
Herkömmliche Klick-Chemie erfordert einen Katalysator, um die gewünschte chemische Reaktion zu starten (in der Klick-Chemie möchten Sie einige Moleküle dazu bringen, zusammenzuklicken), und dieser Katalysator sind Kupferionen.
„Kupferionen sind als Katalysator wirksam, aber für lebende Organismen giftig. Deshalb wollten wir in der Klick-Chemie eine Alternative zu Kupfer finden“, erklärt Wu.
Carolyn Bertozzi, die Morten Meldals Entdeckung weiterentwickelte, fand einen Weg, um die giftigen Kupferionen zu vermeiden.
Sie hatte die Idee, die Form der Klickmoleküle in die Form eines Achtecks zu ändern, wodurch sie reaktiver wurden und ohne Kupferionen zusammenklicken konnten. Diese Technik führte dazu, dass sie mit dem Nobelpreis 2022 ausgezeichnet wurde.
„In unserem Vorschlag für eine neuartige Klick-Chemie arbeiten wir immer noch mit Kupfer – aber auf andere Weise. Wir bauen die Kupferionen in Proteine ein und schaffen so ein Metalloenzym, das bereits in unserem Organismus vorhanden ist Gefahr für die Natur oder lebende Organismen“, erklärt Wu.
Für die Aufgabe verwendete das Forschungsteam billige und biologisch abbaubare Proteine, nämlich Rinderserumalbumin (BSA), das von Kühen stammt und ein gängiges Standardprotein in Labors ist.
Es wird ein Polymer daran gebunden, und jetzt können Kupferionen in die Protein/Polymer-Struktur eingebettet werden und als Katalysator wirken, um die Klick-Chemie zu starten und es dem Chemiker zu ermöglichen, Moleküle zusammenzusetzen.
„Kurz gesagt, wir verwenden billige, biologisch abbaubare Proteine, um giftige Kupferionen in ungiftige, biologische Katalysatoren umzuwandeln“, sagte Wu.
Die Forschung ist veröffentlicht in Biokonjugatchemie.
Mehr Informationen:
Ningning Zhang et al, Copper-Containing Artificial Polyenzymes as a Clickase for Bioorthogonal Chemistry, Biokonjugatchemie (2022). DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.2c00363