Seletividade das reações de transglicosilação catalisadas por enzimas que seguem o mecanismo Ping Pong bi bi

Abstract

Resumo: O interesse na produção de oligossacarídeos através da transglicosilação tem crescido nos últimos anos. Nas transglicosilações catalisadas por enzimas que seguem o mecanismo Ping Pong bi bi, há três reações concorrentes: a transglicosilação, a hidrólise primária (hidrólise da molécula doadora inicial) e a hidrólise secundária (hidrólise do produto de transglicosilação). Nas transglicosilações controladas cineticamente, o rendimento máximo do produto de transglicosilação depende das seletividades da enzima para transglicosilação em relação a ambas reações de hidrólise. Os métodos atuais para determinar a seletividade caracterizam apenas a seletividade da transglicosilação em relação à hidrólise primária. No trabalho atual, foi desenvolvido um modelo que pode ser usado para estimar ambas as seletividades a partir de um perfil de reação de rendimento percentual do produto de transglicosilação traçado em relação ao consumo percentual da molécula doadora. Através de estudos de caso da literatura, foi demonstrado como o modelo pode ser utilizado para quantificar os resultados de mutações destinadas a melhorar a seletividade. O modelo também foi usado para explorar estratégias para melhorar o rendimento do produto de transglicosilação. Esta exploração demonstra que não é suficiente ter altas seletividades para a transglicosilação em relação à hidrólise, sendo também necessário que a reação de transglicosilação tenha uma constante de equilíbrio razoavelmente alta.

Abstract: Interest in the production of oligosaccharides by transglycosylation has grown in recent years. In enzyme-catalyzed transglycosylations that follow the Ping Pong bi bi mechanism, there are three competing reactions: the transglycosylation itself, primary hydrolysis (i.e. of the initial donor molecule) and secondary hydrolysis (i.e. of the transglycosylation product). In kinetically controlled transglycosylations, the maximum yield of the transglycosylation product depends on the selectivities of the enzyme for transglycosylation in relation to these hydrolysis reactions. Current methods for determining selectivity only characterize the selectivity for transglycosylation in relation to primary hydrolysis. The current work develops a model that can be used to estimate both selectivities from a reaction profile of percentage yield of transglycosylation product plotted against the percentage consumption of the donor molecule. Case studies from the literature are used to show how the model can be used to quantify the results of mutations aimed at improving selectivity. The model is also used to explore strategies for improving the yield of the transglycosylation product. This exploration demonstrates that it is not sufficient to have high selectivities for transglycosylation in relation to hydrolysis, it is also necessary that the transglycosylation reaction have a reasonably high equilibrium constant.