Блог

Aug 31, 2023

Новый химический процесс упрощает создание аминокислот, которых нет в природе

Каждый белок в вашем организме состоит из одних и тех же 20 строительных блоков, называемых аминокислотами. Но то, что природа ограничена набором инструментов, не означает, что люди не могут его расширить. Исследование опубликовано

Каждый белок в вашем организме состоит из одних и тех же 20 строительных блоков, называемых аминокислотами. Но то, что природа ограничена набором инструментов, не означает, что люди не могут его расширить.

Исследование, опубликованное в журнале Science 27 июля группой химиков из Питта, описывает новый мощный способ создания «неестественных» аминокислот, которые могут найти применение в белковой терапии и открыть новые области органической химии.

«Это совершенно новая трансформация: новая для природы и новая для химии», — сказал Пэн Лю, профессор химии в Школе искусств и наук Кеннета П. Дитриха и автор статьи. «Приказать ферменту создать неестественную конфигурацию аминокислоты — это необычно, и вам придется делать это с помощью тщательной биоинженерии».

Измените всего лишь одну часть более крупного белка, и вы сможете изменить его форму и то, что он делает — поэтому неестественные аминокислоты обещают открыть новые виды терапии, такие как антибиотики или иммунодепрессанты, в которых используются белки или их меньшие родственники.

Однако создание таких молекул в лаборатории — это обременительный и многоэтапный процесс: части аминокислоты, которые соединяются друг с другом, образуя белковую цепь, должны быть защищены, поскольку исследователи химически преобразуют остальную часть молекулы. Однако реакция, описанная в новой статье, проще и эффективнее и предлагает химикам беспрецедентный уровень контроля над тем, как группы атомов ориентируются в получаемой молекуле.

Он также необычным образом использует химический инструмент — фермент PLP. Ферменты — это белки, которые катализируют реакции. Как правило, даже когда их функции изменяются с помощью биоинженерии, все, что они могут сделать, — это ускорить известные химические процессы, которых химики могли бы достичь другими, хотя и более медленными способами. Но в сочетании со светочувствительным молекулярным катализатором фермент в этой новой реакции может достичь гораздо большего.

«Вы можете утверждать, что биоинженерные ферменты обеспечивают более высокую эффективность, чем низкомолекулярные катализаторы, но они катализируют одну и ту же реакцию», — сказал Лю (на фото справа). «Но это совершенно новая реакция. Раньше его просто не существовало».

Группа Лю использует компьютерное моделирование, чтобы выяснить сложный танец, происходящий в химической реакции на уровне атомов и электронов, добавляя «почему» к «что», обнаруженному группами, проводящими эксперименты. Над этой статьей постдокторант Лю и Питта Бинь Кхань Май (на фото слева) работал с командой исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством Янга Янга. Это сотрудничество крепнет с 2014 года, когда Ян провел лето в лаборатории Лю в качестве научного сотрудника. в гостях у аспиранта.

Лю и Май углубились в данные, предоставленные группой Янга, чтобы понять, как и почему произошла реакция, и выяснили промежуточные этапы, невидимые для химиков. На одном этапе дуэт особенно внимательно изучил: электрон должен пройти необычно большое расстояние на своем пути между двумя молекулами. «Нам пришлось провести тщательное моделирование вероятности этого, потому что это новый для природы шаг, и он поддерживает весь механизм реакции», — сказал Лю.

В основе этих моделей лежат огромные вычислительные мощности. Лю называет Центр исследовательских вычислений Питта важным компонентом успеха лаборатории, поскольку сложные симуляции, которые группа выполняет, чтобы понять тонкости химических реакций, требуют времени с использованием новейших и мощных суперкомпьютеров.

Несмотря на это, вопросы до сих пор остаются без ответа, и эта статья — лишь первый шаг в серии сотрудничества между двумя командами. Если они смогут лучше понять, почему происходит необычная реакция, группа Лю может открыть возможность использовать ее в различных контекстах для создания широкого спектра новых химических инструментов, лекарств и многого другого.

«Вы можете подумать о том, сколько разных типов неприродных аминокислот вы могли бы создать — их практически неограниченное количество», — сказал Лю. «Так можем ли мы использовать это открытие и для разработки других новых реакций?»