新しい相乗効果のある方法により、

新しい化学、新しい酵素。 酵素と小分子光化学のユニークで補完的な活性という 2 つの世界の長所を融合した新しい方法により、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者らは新たな触媒反応への扉を開きました。 彼らの相乗的な方法により、新しい製品が可能になり、既存のプロセス、特に治療目的に重要な非標準アミノ酸の合成を合理化できます。

「この方法は、生物学と化学の両方にとって新しい、一般的な意味での新しい触媒反応をどのように開発するかという、私たちの分野で最も重要な問題の1つであると私が考える問題を解決します」と論文の著者である化学教授のヤン・ヤン氏は述べた。それはサイエンス誌に掲載されました。 その上、このプロセスは立体選択的であり、得られるアミノ酸の好ましい「形状」を選択できることを意味します。

相乗的な光生体触媒法は、同時に起こる 2 つの触媒反応から構成されます。 光化学反応は、酵素プロセスの反応性中間体と作用してアミノ酸を生成する短寿命の中間分子を生成します。

生体触媒側は酵素から始まり、豊富な天然アミノ酸基質を活性化し、酵素中間体を形成します。 一方、合成側では、低分子光触媒に可視光を吸収させ、そのエネルギーを別の基質の活性化に利用します。 この反応により、寿命の短いラジカル種が生成されます。これは、Yang Lab が選択したツールである、一時的で反応性の高い分子です。

ラジカル (「フリーラジカル」とも呼ばれる) の特徴は、寿命が短い傾向があるだけでなく、囲い込むのが難しいことです。

「一般的なコンセンサスは、溶液中またはタンパク質ポケットの外側でラジカルを形成した場合、副反応が起きたり、破壊されたりするなど、生産的な何かを行う前に非常に多くのことが起こる可能性があるということです」とヤン氏は言う。言った。

しかし、研究室の切り札は、酵素反応によって生成される中間分子であり、自由自在に動き回るラジカルを捕捉することができます。

「したがって、現在最も重要で興味深いステップは、この一時的で短命なフリーラジカル種を形成すると、それが酵素の活性部位に移動し、酵素によって形成され活性化された共有結合中間分子と反応できることです」とヤン氏は述べた。 「私たちは基本的に、ラジカルが酵素的に形成された中間体と効率的に反応し、立体選択的な化学を行うことができるシステムを設計しました。」

Yang Yang の研究は、有機化学、有機金属化学、酵素学、タンパク質工学、生物情報学、計算モデリングを統合し、合成化学と触媒の広義の分野における困難な問題に取り組んでいます。

ヤン研究室が、立体選択的非標準アミノ酸合成のプラットフォームを作成するという取り組みで追い求めているのは、この効率である（「非標準」とは、これらのタンパク質構成要素が生物の遺伝子中に見つからないことを単に意味する）。 まず、このプロセスは、立体化学 (3D 化学とも呼ばれる) の世界における重要な要素である、さまざまな「形状」、つまり結果として得られる分子内での原子の相対的な配置を選択します。 第二に、非標準アミノ酸を合成する従来の方法は、複雑な多段階のプロセスです。

「私たちのプロセスは、非標準的なアミノ酸合成を 3 ～ 5 ステップ短縮します。 複数の立体中心を持つアミノ酸の場合、これらの化合物を立体制御して調製する化学的手段は基本的にありません。」 ヤンさんは言いました。 ペプチド療法のメーカーにとって、これは状況を一変させる可能性があります。 ヤン氏は、製薬業界やバイオテクノロジー業界から、これらの技術をアミノ酸合成に応用できる可能性について問い合わせを受けています。

そしてそれだけではありません。 この方法は、生物触媒と合成触媒の両方に新たな扉を開く可能性があり、研究者が扱いにくいラジカルを扱い、これまで到達できなかった化合物や分子にアクセスし、これまで知られていなかった反応を発見できるようになります。