Enzimleri mimik eden küçük organik moleküllerin hesapsal tasarımı: Transesterifikasyon tepkimeleri için yüksek seviye yapısal ve elektrostatik ön organizasyona sahip spirosiklik organokatalizörler

Doğanın usta katalizörleri olan enzimlerin katalitik gücünü taşıyan yeni yeşil katalizörlerin geliştirilmesi son yıllarda üzerinde en çok çalışılan konulardan biridir. Yakın geçmişte, esteraz enzimlerinin katalitik mekanizması "içten-dışa" tasarım yaklaşımı kullanarak, kuantum mekaniksel geçiş konumu modelleri yardımıyla modüler spiro-birleşik bispeptidlerin üzerine yerleştirerek "spiroligozim" adı verilen yeni transesterifikasyon katalizörleri geliştirildi. Ancak moleküler dinamik simülasyonları, doğal olarak evrimleşen enzimlerde gözlenenin aksine, spiroligozimlerdeki katalitik grupların aktif konformasyonun yanında birçok alternatif konformasyonu da örneklediğini ve alkol-piridil ikilisi arasındaki hidrojen bağının korunmadığını ortaya koymuştur. Bu hesapsal sonuçlar, spiroligozimlerin aktivitelerinin, katalitik fonksiyonel grupların ön-organizasyonlarının sağlanması yoluyla büyük ölçüde artırılabileceğini göstermektedir. Bu amaçla, hesapsal modeller kullanılarak, spiroligozmlerin reaktif olmayan konformasyonları saf dışı ederek katalitik grupların aktif konformasyonlarının molekül için hidrojen bağları yardımıyla sabitlenmesi için gerekli yapısal değişiklikler belirlenmiştir. Böylece transesterifikasyon spiroligozimlerinin katalitik etkilerinin artırılması hedeflenmiştir. Spiroligozim türevlerini elde etmek için Medchem dönüşümleri kullanılmıştır. MMFF kuvvet alanı ile her bir spirologozim türevi için konformasyon kütüphanesi oluşturulmuştur. Seçilen konformerler kuantum mekaniksel hesaplamalar ile değerlendirilmiştir. Moleküler dinamik (MD) simülasyonları ile tasarlanan katalitik ikili arasındaki bağın açık bir çözücü molekülü varlığında dinamik bir ortamda muhafaza edilip edilmediği değerlendirilmiştir. Bu çalışma, gerek ön-organizasyona sahip organokatalizörlerin hesapsal tasarımında gerekse küçük organik moleküller ile enzim benzeri aktiviteye ulaşılmasında önemli bir adımdır.