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化学家发现了使酶做非自然反应的新方法

2019-05-08 19:19:35 医疗快讯179℃

  化学家发现了使酶做非自然反应的新方法

  2018年6月22日

  普林斯顿大学的化学家已经找到了一种方法,使一种天然存在的酶具有新的人工作用,这对包括药物生产在内的现代化学具有重要意义。他们的作品出现在“自然化学”杂志上。

  “我们已经找到了一种让酶进行非天然反应的全新方法,”化学助理教授托德海斯特说。 “传统观点认为酶只能做一件事。本文表明,对于所有酶,这可能并非如此。更重要的是,本文中描述的策略可能可以应用于其他酶家族,这意味着我们将能够使用这种方法来发明全新的酶促反应。我认为这有可能改变我们构建分子的方式。“

  酶是大自然的催化剂,使关键的生化反应发生的关键足以维持生命。有机化学家已经开发了100多年,但直到现在,它们的使用受到限制,因为单个酶通常只能催化单一反应。

  现在,海斯特实验室的研究人员已从其天然环境中去除了一种酶,添加了一些新成分,并成功催化了一种不同类型的化学反应 - 它的表现令人惊讶。

  “托德正在揭示生物学中巨大的化学特性中隐藏的能力,其中一些可能对生物学没有用,但对我们非常有用,”加州理工学院化学工程,生物工程和生物化学的Linus Pauling教授Frances Arnold表示,他没有参与这项研究。

  “他表明酶具有许多功能,”阿诺德说,他于1979年从普林斯顿大学毕业。“你所要做的就是提出正确的问题。”

  海斯特说,关键是简化他们对酶如何催化反应的理解。

  “我想我总是感到惊讶的是,我们简化的酶催化方法确实有效,”海斯特说。 “作为学生,我们被告知酶是非常复杂和特定的催化剂。 ......每当我们发现他们能够做一些自然界从未想过的全新事物时,就会感到惊讶和兴奋。

  在他们的反应中,研究人员在酶中添加了少量精心挑选的光敏染料,并用绿光淹没了它。在这样做的过程中,他们将两个通常不相关的化学分支聚集在一起,海尔特实验室的博士后研究员Kyle Biegasiewicz和该论文的两位共同第一作者之一指出。

  “我们已经发现了令人难以置信的酶促催化(生物催化)和光催化氧化催化的结合”。 Biegasiewicz说。

  对于化学家来说,获得更多你想要的反应而不是你没有做出的反应被称为“选择性”。酶更具“选择性”。与大多数小分子催化剂相比,这种新技术使科学家能够利用它来实现自己想要的反应。 “值得注意的是,这种新的转化显示出对以前很难控制的一类反应具有高水平的选择性,”海斯特说。

  实质上,他们的突破允许新的“即插即用”功能。 Biegasiewicz说,使用酶来开启新的催化反应性,这有许多令人兴奋的含义。 “虽然我不能透露集团正在进行的项目的任何细节,但我会告知合成社区要保持关注 - 最新的东西真的很酷!”

  相关故事研究表明,抗抑郁药物可以帮助人们免于致命的败血症。新模型揭示了小细胞肺癌的发生方式微管内嵌的软骨素酶ABC对治疗脊髓损伤有希望这一新发现是可见光光催化作用的另一个方面,正在改变现代化学,海斯特说。

  “在过去十年中,通过开发使用光的方法,催化领域已经发生了革命性变化,”他说。 “普林斯顿真的是这个领域的推动者。普林斯顿化学教授[David] MacMillan,[Abigail] Doyle和[Robert] Knowles都使用光来使用​​小分子催化剂做出令人难以置信的事情。我们已经证明光的效用不仅限于小分子催化剂;它还可以扩展我们用酶做的事情类型。我觉得这很漂亮。“

  这种研究途径的想法来自于“面包屑”。在以前的研究中,西斯库珀说,他是海斯特实验室的研究生和论文的共同第一作者。

   其他科学家已经证明,紫外线照射引起了丰富的分子,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的行为的显着变化,海斯特的团队将其与光敏染料一起添加到酶中。

  当暴露于UV光时,NADPH可以在一步中转移两个电子和一个质子,首先转移一个电子,然后转移一个氢原子(一个电子和一个质子),“库珀说。 “我们认为,如果我们能够利用酶中的这一新途径,那么有价值的新反应有待发现。 ......本文研究结果的最重要方面是控制氢原子的转移,以便只产生分子的两种可能的镜像形式中的一种。传统上,两种镜像形式之间的这种类型的选择对于氢原子的转移是非常难以实现的,并且这里公开的方法是该挑战的一种解决方案。

  Cooper补充说:“随着我们在21世纪的进一步发展,如果不断增长的世界人口要体验我们在发达国家认为理所当然的舒适,我们将需要更具成本效益和可持续的化学催化形式来实现许多产品都归功于现代生活方式。我们的论文中公开的方法也许会开始铺平道路。“

  “我们的化学反应可能似乎是利基或深奥,但这些例子只能作为概念的证据,因为它可以成为制造能够产生切实社会影响的新分子的有效方法:药品,农用化学品,香水和清单继续,"海曼实验室的研究生,该论文的共同作者梅根·埃马纽埃尔说。 “有一天,我们的工作可能会被用来为人们的生活做出有意义的贡献,这是令人兴奋的。”

  来源:HTTPS://www.princeton.edu/news/2018/06/21/princeton-chemists-teach-enzyme-new-trick-potential-building-new-molecules

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