Ученые десятилетиями пытались повторить это в лаборатории, чтобы использовать искусственные ферменты в промышленности и медицине. Но природную эффективность и простоту воспроизвести не удавалось. Это тормозило развитие экологичных катализаторов для «зеленой» химии.

Обычно искусственные ферменты требуют либо сложных кофакторов, либо точного расположения реакционных групп в трехмерном пространстве. Такие ограничения снижают гибкость дизайна, и катализаторы работают хуже природных. Упростить конструкцию, не жертвуя эффективностью, — главная задача в биокатализе.

Группа ученых под руководством профессора Такафуми Уэно из Токийского института науки предложила неожиданное решение. Они использовали белковые наноклетки ферритина, чтобы создать фермент, работающий без металлов.

Исследование опубликовано в Angewandte Chemie.

Ферритин — это белок, который сам собирается в сферическую клетку. Ученые модифицировали его, добавив гистидиновые остатки внутрь. Эти аминокислоты сгруппировались на внутренней поверхности, образовав каталитические центры. В результате получился пероксидазоподобный фермент, который окисляет субстрат с помощью перекиси водорода.

Наш вариант ферритина в 80 раз эффективнее обычных сборок на основе гистидина, — говорит профессор Уэно.

Ключевая идея — правильное расположение простых аминокислот в ограниченном пространстве клетки. Молекулярное моделирование показало, что внутри клетки реагенты концентрируются рядом с каталитическими центрами, что резко ускоряет реакцию.

Мы подтвердили, что высокая активность связана с эффектом замкнутого пространства, — поясняет Уэно.

Это открывает путь к созданию металл-независимых катализаторов для «зеленой» химии, биоматериалов и очистки окружающей среды.

Наш подход — большой шаг в дизайне искусственных ферментов, — заключает ученый.

Дальнейшие исследования могут привести к появлению высокоэффективных биовдохновленных катализаторов. Если оптимизировать расположение каталитических остатков и использовать другие самособирающиеся белки, можно создавать ферменты под конкретные задачи — без токсичных металлов и дорогих кофакторов.

Этот подход:

• Снижает зависимость от редких металлов  (например, платины или палладия), которые дороги и токсичны.
• Упрощает производство катализаторов — не нужны сложные конструкции, достаточно правильно «упаковать» аминокислоты.
• Открывает путь к более дешевой «зеленой» химии — например, для разложения загрязнений или синтеза биоразлагаемых пластиков.

Пока неясно, насколько универсален этот метод. Ферритин — удобная система, но другие белки могут не дать такого же эффекта. Кроме того, каталитическая активность все же ниже, чем у некоторых природных ферментов.

Ранее ученые заявили, что большинство женщин испытывает дефицит железа к третьему триместру беременности.