Multistep enzyme cascades as a route towards green and sustainable pharmaceutical syntheses

化学 生化工程 生物相容性材料 环境友好型 组合化学 生物催化 纳米技术 催化作用 有机化学 反应机理 材料科学 生物医学工程 工程类 生物 医学 生态学
作者
Ana I. Benítez‐Mateos,David Roura Padrosa,Francesca Paradisi
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:14 (5): 489-499 被引量:192
标识
DOI:10.1038/s41557-022-00931-2
摘要

Enzyme cascades are a powerful technology to develop environmentally friendly and cost-effective synthetic processes to manufacture drugs, as they couple different biotransformations in sequential reactions to synthesize the product. These biocatalytic tools can address two key parameters for the pharmaceutical industry: an improved selectivity of synthetic reactions and a reduction of potential hazards by using biocompatible catalysts, which can be produced from sustainable sources, which are biodegradable and, generally, non-toxic. Here we outline a broad variety of enzyme cascades used either in vivo (whole cells) or in vitro (purified enzymes) to specifically target pharmaceutically relevant molecules, from simple building blocks to complex drugs. We also discuss the advantages and requirements of multistep enzyme cascades and their combination with chemical catalysts through a series of reported examples. Finally, we examine the efficiency of enzyme cascades and how they can be further improved by enzyme engineering, process intensification in flow reactors and/or enzyme immobilization to meet all the industrial requirements.
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