Enzymen hebben ook vitaminen nodig

Op het eerste gezicht lijken de processen in een chemische fabriek niet op wat er in ons lichaam gebeurt. Toch zijn er veel overeenkomsten. In beide gevallen draait het om het maken of verbreken van chemische bindingen. Moleculen dienen te worden opgeknipt of aan elkaar gekoppeld. Er moet een waterstofatoom bij of af. Of misschien wil je een koolstofatoom vervangen door een stikstofatoom. Wat er ook moet gebeuren, de kans is groot dat het niet vanzelf gaat. Vaak is er een katalysator nodig.

Een katalysator is een stof die een chemische reactie sneller laat verlopen, maar zelf niet meereageert. Als de reactie is voltooid, is de katalysator klaar om het hetzelfde kunstje nog eens uit te voeren. “De meeste industriële katalysatoren bevatten metalen, soms heel zeldzame als platinum of palladium. Dat maakt ze duur en niet duurzaam. Bovendien heb je naast de katalysator vaak nog ongezonde, milieubelastende chemicaliën nodig”, vertelt dr. Caroline Paul, postdoc onderzoeker bij de Biokatalyse groep van de Technische Universiteit Delft.

Co-factor

Paul richt haar blik daarom op natuurlijke katalysatoren: de enzymen. Levende cellen beschikken over een heel arsenaal aan verschillende enzymen die stuk voor stuk hun katalytische functies uitvoeren zonder dat ze giftige oplosmiddelen of extreme temperaturen nodig hebben. Een groot verschil met industriële katalysatoren. “We willen daarom de huidige niet-duurzame katalysatoren graag vervangen door enzymen, maar dat gaat niet zomaar. Enzymen hebben namelijk een specifieke hulpstof nodig om hun werk te doen. Deze hulpstof noemen we een co-factor. En het probleem is dat die co-factoren vaak niet stabiel zijn en dat maakt het lastig om enzymen op grote schaal in de industrie te gebruiken.”

De instabiliteit van de co-factoren is voor levende cellen geen probleem, omdat ze daar doorlopend worden gemaakt. Paul: “Er is altijd voldoende co-factor aanwezig. Maar voor industriële toepassingen, die niet in levende cellen plaatsvinden, is dat wel een probleem. Hier moet de co-factor steeds worden toegevoegd en dat drijft de kosten op. We willen daarom dat de co-factor langere tijd werkzaam blijft en niet na een keer reageren uiteenvalt, zodat het gebruik goedkoper wordt.” Haar onderzoek richt zich op het stabieler maken van de co-factor en dat doet ze door synthetische co-factoren te maken die heel sterk lijken op de natuurlijke hulpstof, maar minder snel worden afgebroken.

Geneesmiddelen

Centraal in het werk van Paul staat de nicotinamide co-factor. Deze speelt een grote rol bij meerdere enzymatische reacties in levende cellen. De nicotinamide co-factor is bijvoorbeeld essentieel voor een goed verloop van citroencyclus, een belangrijk onderdeel van de stofwisseling waarbij suikers, eiwitten en vetten worden omgezet en verwerkt.

Maar Paul denkt dat deze co-factor ook elders nuttig is. “De nicotinamide co-factor zorgt ervoor dat een familie van enzymen genaamd oxidoreductases hun werk doen. Deze enzymen kunnen heel veel verschillende chemische omzettingen katalyseren. Ze zetten bijvoorbeeld dubbele bindingen om in moleculen in een enkele binding. Dat doen ze heel zorgvuldig, waardoor het product steeds precies dezelfde ruimtelijke structuur heeft. Vooral voor moleculen die worden toegepast in geneesmiddelen is dat heel belangrijk, maar ook voor de productie van onder meer aminozuren en vitaminen is die selectiviteit van belang. We denken dat oxidoreductases daar veel beter in zijn dan de huidige industriële katalysatoren. Maar dan moeten we wel zorgen voor een stabielere en goedkopere versie van de nicotinamide co-factor.”