Wat is een biosynthese-route?
Een biosynthese-route, of biosynthetische route, is een beschrijving van de stappen van de chemische reacties die optreden wanneer een levend organisme een nieuw complex molecuul maakt uit eenvoudiger, kleinere voorlopers. Het woord "biosynthese" komt van twee basiswoorden: "bio", wat aangeeft dat de reactie plaatsvindt in een levend organisme in tegenstelling tot in een laboratorium; en "synthese", wat aangeeft dat eenvoudige uitgangsmaterialen worden gecombineerd om grotere producten te vormen. Een biosynthese-route is een samenvatting van deze chemische reacties, uitgesplitst per stap. Om een route volledig te beschrijven, wordt vaak extra relevante informatie opgenomen, zoals welke enzymen, co-enzymen en co-factoren bij elke reactie worden gebruikt.
Niet alle moleculen die door een levend organisme worden gebruikt, hoeven niet rechtstreeks door het organisme zelf te worden gesynthetiseerd. Vaak worden deze noodzakelijke moleculen in plaats daarvan uit de omgeving verkregen. Mensen zijn bijvoorbeeld niet in staat essentiële aminozuren zoals lysine te synthetiseren; deze voedingsstoffen komen in plaats daarvan uit eiwitrijk voedsel zoals bonen en noten. Cellen synthetiseren in het algemeen alleen die moleculen die ofwel schaars zijn of niet gemakkelijk uit hun omgeving worden verkregen.
Een biosynthese-route begint vaak met een gemakkelijk verkrijgbaar voorlopermolecuul dat vergelijkbaar is met het product. De cel combineert deze voorloper vervolgens met andere kleine moleculen, waardoor het product onderweg chemisch wordt gemodificeerd. Bij elke stap zal het substraat geleidelijk op het eindproduct lijken. Een biosynthesetraject met meerdere stappen kan onderweg tientallen stappen hebben en constante modificatie door enzymen ondergaan totdat de uiteindelijke verbinding is gevormd.
Het bestuderen van biosynthese kan veel praktische inzichten opleveren in behandelingen voor menselijke ziekten. Inzicht in de chemie van het menselijk lichaam helpt duidelijk wanneer een ziekte het gevolg is van slecht functionerende biosynthese. Soms kan het bestuderen van de biosynthetische routes van andere organismen echter ook waardevolle aanwijzingen opleveren voor het ontwikkelen van nieuwe geneesmiddelen.
Veel onderzoekers hebben hun aandacht gericht op het bestuderen van de biosynthese van planten, vooral met betrekking tot natuurlijke producten. Extracten van bepaalde planten kunnen krachtige farmacologische effecten hebben die kunnen worden gebruikt bij het maken van krachtige nieuwe medicijnen. Digitalis, een actieve stof die is geëxtraheerd uit de vingerhoedskruid, is bijvoorbeeld gebruikt om hartziekten te behandelen. Door inzicht te krijgen in de biosynthese-route van een natuurlijk product, kunnen chemici inzicht krijgen in hoe het medicijn wordt gesynthetiseerd en mogelijk de synthese ervan in het laboratorium nabootsen. Uiteindelijk zouden biologen deze genen willen klonen om transgene organismen te produceren, die zouden zijn ontworpen om natuurlijke producten te produceren met een hogere concentratie en zuiverheid tegen een fractie van de prijs.
Biosynthetische routes zijn opgehelderd voor veel voorkomende moleculen zoals vetzuren, aminozuren en nucleotiden. Veel paden moeten echter nog worden ontdekt. Misschien zullen de medicijnen van de toekomst hun oorsprong vinden in de biosynthetische routes die vandaag worden onderzocht.