Kunstige enzymer - Viden (JP)
Kunstige enzymer - Viden (JP)
Kunstige enzymer - Viden (JP)
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Foto: Verdens største producent af <strong>enzymer</strong>: det danske fi rma Novozymes<br />
■ Når en syntesekemiker arbejder<br />
med at fremstille nye kemiske<br />
forbindelser, gælder det om<br />
at fi nde de helt rigtige reaktionsbetingelser<br />
til at danne det<br />
ønskede stof. Det kan i sig selv<br />
være svært nok, men man støder<br />
også ofte på et andet problem:<br />
At der ud over det ønskede produkt<br />
også dannes andre uønskede<br />
forbindelser som sideprodukter.<br />
Det kan være et stort<br />
praktisk og økonomisk problem<br />
at skille stofferne i blandingen<br />
fra hinanden for at få det<br />
ønskede, rene produkt.<br />
Som en hjælp til at fremme<br />
de ønskede reaktioner anvender<br />
man ofte katalysatorer – dvs.<br />
forbindelser, der øger hastigheden<br />
af kemiske reaktioner, uden<br />
selv at blive forbrugt. Katalysatorer<br />
kendes f.eks. fra udstødningen<br />
i en bil, hvor katalysatoren<br />
er i stand til hurtigt at<br />
omdanne nitrogenmonoxid og<br />
carbonmonoxid til ugiftige luftarter.<br />
Derved begrænser man<br />
mængden af skadelige stoffer,<br />
der slippes ud i miljøet.<br />
I dag fi ndes der et utal af forskellige<br />
og meget effektive katalysatorer,<br />
der virker på mange<br />
forskellige reaktioner. De muliggør<br />
dels, at reaktioner forløber<br />
hurtige og dels, at man kan<br />
fremme en bestemt reaktion<br />
frem for andre reaktioner, der<br />
giver uønskede sideprodukter.<br />
Der udvikles stadig nye katalysatorer<br />
for at åbne op for nye<br />
reaktioner og muligheder, f.eks.<br />
i syntesen af nye lægemidler.<br />
Biologiens vs.<br />
kemiens katalysatorer<br />
Naturen har også sine egne<br />
katalysatorer, nemlig <strong>enzymer</strong>ne.<br />
Enzymer er proteiner,<br />
som er meget store molekyler,<br />
hovedsageligt opbygget af<br />
mindre aminosyre-enheder, og<br />
de består oftest af fl ere tusinde<br />
atomer. Enzymerne er kemikerens<br />
katalysatorer overlegne på<br />
mange punkter.<br />
Når naturens <strong>enzymer</strong> katalyserer<br />
reaktioner danner de<br />
således kun det specifi kke stof,<br />
som de er beregnet til – der bliver<br />
altså ikke dannet uønskede<br />
biprodukter, som organismen<br />
skal bruge energi på at skille sig<br />
af med, eller som i værste fald<br />
er skadelige for organismen.<br />
En almindelig kemisk katalysator<br />
kan ofte fremme den<br />
samme reaktion på fl ere forskellige<br />
udgangsstoffer. Derimod er<br />
<strong>enzymer</strong>ne normalt mere specifi<br />
kke og omdanner kun helt<br />
bestemte stoffer. Dette er nødvendigt,<br />
fordi der i cellerne er<br />
et hav af forskellige stoffer, og<br />
det er nødvendigt at skelne mellem<br />
dem.<br />
Kemikerens metoder virker<br />
ofte grove og uforfi nede, når<br />
de sammenlignes med de mere<br />
elegante <strong>enzymer</strong>. I laboratoriet<br />
er man tit nødt til at anvende<br />
sundhedsskadelige opløsningsmidler,<br />
meget stærke syrer eller<br />
baser, høje temperaturer eller<br />
tryk eller tungmetaller for at<br />
få de ønskede reaktioner til at<br />
forløbe. Til gengæld foregår<br />
naturens reaktioner i almindelige<br />
vandige opløsninger, ved<br />
moderate temperaturer og kun<br />
sjældent bruges tungmetaller i<br />
<strong>enzymer</strong>ne.<br />
En af vejene til at gøre kemiske<br />
processer mere miljøvenlige<br />
er derfor at afl ure naturen hemmelighederne<br />
bag <strong>enzymer</strong>ne og<br />
gøre dem kunsten efter.<br />
Udnyttelsen af <strong>enzymer</strong><br />
Enzymer bliver udnyttet til<br />
mange formål i industrien – for<br />
eksempel til rengøringsmidler<br />
og forædling af tekstiler og fødevarer,<br />
hvor <strong>enzymer</strong> kan forbedre<br />
egenskaberne af produkterne.<br />
Verdens største producent<br />
af <strong>enzymer</strong> er danske Novozymes,<br />
der sælger <strong>enzymer</strong> til et<br />
væld af forskellige formål.<br />
Kemikere vil på grund af<br />
<strong>enzymer</strong>nes mange fordele<br />
gerne anvende dem som katalysatorer<br />
til syntese. Det sker<br />
allerede med stor succes i fremstillingen<br />
af mange lægemidler.<br />
Når <strong>enzymer</strong>ne anvendes til<br />
disse synteseformål kaldes det<br />
biokatalyse.<br />
Enzymerne har dog også<br />
ulemper. Inden for syntesekemi<br />
kan det for eksempel være,<br />
at der ikke fi ndes <strong>enzymer</strong> til<br />
netop den reaktion, man gerne<br />
vil lave. Selv om det i naturen<br />
er en fordel, at <strong>enzymer</strong>ne kun<br />
virker på helt bestemte stoffer,<br />
kan det også være en hindring.<br />
Enzymet virker måske ikke<br />
A k t u e l N a t u r v i d e n s k a b | 6 | 2 0 0 3<br />
Katalysatorer<br />
Energi<br />
A<br />
A B<br />
ukatalyseret<br />
katalyseret<br />
B<br />
Reaktionsforløb<br />
En katalysator er en kemisk forbindelse, der øger hastigheden af en<br />
kemisk reaktion, uden selv at blive forbrugt i reaktionen.<br />
Lad os kigge på en tænkt kemisk reaktion – udgangsstoffet A<br />
reagerer og danner produktet B. For at kemiske reaktioner kan forløbe<br />
kræves aktiveringsenergi. Det kan sammenlignes med en bold, der<br />
skal have en vis fart på for at rulle op over en bakketop (rød kurve).<br />
Denne aktiveringsenergi er med til at begrænse hastigheden for kemiske<br />
reaktioner.<br />
Hastigheden kan f.eks. øges ved at varme systemet op, da varme<br />
giver reaktanterne mere energi, så de nemmere kan kommer over<br />
bakken.<br />
Katalysatorer virker ved at sænke aktiveringenergien, fordi reaktanterne<br />
vekselvirker med katalysatoren og derved kan komme en<br />
nemmere vej til produktet (grøn kurve). Efter reaktionen frigøres katalysatoren<br />
og kan virke igen på nye reaktanter. Katalysatorer kan være<br />
noget så simpelt som en lille smule syre eller base til små organiske<br />
molekyler og metalforbindelser eller store <strong>enzymer</strong>.<br />
Enzymernes<br />
overlegenhed<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
OH<br />
O<br />
HO<br />
F<br />
OH<br />
O<br />
HO<br />
+<br />
HO<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O R G A N I S K K E M I<br />
OH<br />
OH<br />
modificeret<br />
glycosidase<br />
OH<br />
OH<br />
O<br />
O<br />
NO 2<br />
NO 2<br />
Et eksempel på <strong>enzymer</strong>nes overlegenhed er i syntesen af komplekse<br />
organiske molekyler. Glycosidaser er <strong>enzymer</strong>, der spalter de enkelte<br />
sukkerstof-enheder fra hinanden i større sukkermolekyler. Hvis man<br />
modifi cerer de naturlige glycosidaser en smule, kan de også udnyttes<br />
til at opbygge sukkerstoffer. Et eksempel er i syntesen af sukkerstoffet<br />
ovenfor, der består af to sukkerenheder, som kobles sammen. Fordi<br />
det kunstige enzym har arvet den meget specifi kke genkendelse fra<br />
naturen, sættes enheden til venstre sammen med en helt bestemt<br />
alkohol--gruppe (OH) på enheden til højre. For kemikere ville det med<br />
normale metoder uden brug af <strong>enzymer</strong> være meget mere kompliceret<br />
at skulle skelne de mange OH-grupper fra hinanden og man ville oftest<br />
få blandinger af forskellige produkter.<br />
25