محققان در حال توسعه روشی هستند که به آنزیم ها توانایی کاتالیز کردن واکنش های جدید در طبیعت را می دهد
آنزیم ها اسب های کار کاتالیزوری زیست شناسی هستند که مولکول ها را به هم متصل می کنند، آنها را جدا می کنند و آنها را در فرآیندهای حیاتی برای همه چیز، از هضم تا تنفس، بازسازی می کنند. در دسترس بودن، اثربخشی و ویژگی آنها مدتهاست که آنها را برای واکنش های خارج از سیستم های بیولوژیکی، از جمله واکنش هایی که در نگهداری مواد غذایی، مواد شوینده و تشخیص بیماری دخیل هستند، محبوب کرده است.
یان یانگ، دانشیار شیمی در دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا می گوید: «آنزیم ها کاتالیزورهای ممتاز طبیعت هستند. آنها می توانند واکنش ها را با گزینش شگفت انگیزی کاتالیز کنند. تلاش‌ها در طول سه دهه گذشته منجر به توسعه آنزیم‌های شخصی‌سازی شده - آنزیم‌هایی که به سرعت برای اهداف هدفمند برای تعامل با مولکول‌های خاص ایجاد شده‌اند، که منجر به بازدهی بالای محصولات مورد نظر با انتخاب‌پذیری بی‌نظیر می‌شود.
با این حال، یانگ اضافه کرد، واکنش‌هایی که آنزیم‌ها می‌توانند اجازه دهند نسبتاً محدود هستند - مجموعه‌ای کوچک برای توانایی قدرتمند آنها در تولید محصولات کارآمد با هزینه‌های کمتر مواد، انرژی و محیطی.
برای پر کردن این شکاف و ادغام بهترین‌های هر دو جهان - انعطاف‌پذیری و گزینش‌پذیری - یانگ و تیم تحقیقاتی‌اش روشی را توسعه داده‌اند که با آن می‌توان آنزیم‌های خاصی را وادار کرد تا واکنش‌های مفیدی را که قبلاً هرگز دیده نشده‌اند، تسهیل کنند. رپرتوار. و فرصت‌هایی را برای فرآیندهایی باز می‌کند که قبلاً توسط آنزیم‌ها انجام نشده بود.
یانگ که با همکارانش در UC سانتا باربارا و دانشگاه پیتسبورگ مقاله ای را تالیف کرده است، می گوید: «اگر بتوانیم این به اصطلاح فعالیت های آنزیمی جدید را برای طبیعت توسعه دهیم، در این صورت ما کاتالیزورهای زیستی بسیار قدرتمندی برای صنایع دارویی و شیمیایی کشاورزی خواهیم داشت. علوم پایه.
شیمی سه بعدی
استریوشیمی (همچنین به عنوان شیمی سه بعدی شناخته می شود) برای کنترل زیست فعالی داروهای مولکولی کوچک ضروری است. بیشتر بیوماکرومولکول ها، از جمله DNA و پروتئین ها، کایرال هستند، به این معنی که ساختار نامتقارن دارند.
یانگ توضیح داد: "این دقیقاً مانند دست چپ و راست شما است: آنها یکسان به نظر می رسند، اما نمی توانند همپوشانی داشته باشند، به این معنی که آنها کایرال هستند." "به منظور تعامل موثر با این بیوماکرومولکول های کایرال، داروهای مولکولی کوچک باید با استریوشیمی خاص طراحی شوند. اغلب یک انانتیومر در هر مولکول داروی کایرال بسیار قوی است، در حالی که انانتیومر دیگر بی اثر یا حتی سمی است."
او گفت که مؤثرترین راه برای ایجاد چنین مولکول‌های کایرال با ارزشی مبتنی بر کاتالیز نامتقارن است، فرآیندی که در آن یک کاتالیزور سفارشی به‌جای دیگری یک انانتیومر (یک مولکول کایرال غیر واردکننده) را تولید می‌کند. متاسفانه هنوز چالش های زیادی در زمینه کاتالیزور نامتقارن وجود دارد. به طور خاص، دسته‌ای از واکنش‌های پرکاربرد - یعنی واکنش‌های رادیکال یا واکنش‌هایی که شامل واسطه‌های پوسته باز هستند - هنوز تحت کاتالیز نامتقارن قرار نگرفته‌اند. این مشکل مدتهاست که از شیمیدانهای مصنوعی فرار کرده است.
یانگ گفت: «رادیکال‌های آلی واسطه‌های بسیار رایج و بسیار فعال در شیمی مصنوعی هستند. با این حال، مشخص است که کنترل استریوشیمی این واکنش ها بسیار بسیار دشوار است.
او توضیح داد که دو مشکل وجود دارد. یکی این است که رادیکال، پس از تولید، معمولاً با کاتالیزور تعامل نزدیکی ندارد.
او گفت: «بنابراین هیچ راهی برای تحمیل کنترل استریو بر این ارتباطات با واسطه‌گری رادیکال وجود ندارد.
ثانیاً، اغلب بین فعالیت و گزینش پذیری معاوضه وجود دارد.
یانگ گفت: "اگر گونه‌ای بسیار فعال دارید، کنترل انتخاب‌پذیری واکنش‌های مربوط به این واسطه‌ها برای شما نسبتاً دشوار خواهد بود. بنابراین معمولاً یک مبادله وجود دارد."
راه حل؟ تکامل هدفمند - آنزیم را توسعه دهید تا بتوانید رادیکال را کنترل کنید.
به دنبال نمونه برنده جایزه نوبل 2018، مهندس شیمی کلتک، فرانسیس آرنولد، که مشاور پسا دکتری یانگ بود، این تیم چرخه های تکراری تکامل و غربالگری سیتوکروم P450 را انجام دادند. ابرخانواده متالوآنزیم‌ها در تمام پادشاهی‌های زندگی یافت می‌شود که حاوی هِم - یک مولکول حاوی آهن - است که برای کاتالیز ضروری است.
یانگ توضیح داد: تکامل هدفمند از این چرخه های جهش و غربالگری برای بهینه سازی عملکرد آنزیم ها استفاده می کند. "در این فرآیند، ما در حال ایجاد یک کتابخانه عظیم از انواع آنزیم ها از طریق دستکاری DNA هستیم." با یک کتابخانه DNA برای واکنش های هدفمند، محققان می توانند جهش یافته های پروتئینی خود را بیان و غربال کنند تا به شناسایی کاتالیزورهای آنزیمی امیدوارکننده کمک کنند. سپس آنزیم بهبودیافته در دور بعدی مهندسی به والد تبدیل می شود. بنابراین، از طریق چرخه های جهش تکراری و غربالگری، فعالیت و گزینش پذیری بهینه آنزیم به دست می آید.
با استفاده از این روش، محققان توانستند آنزیم را برای انجام یک «واکنش بیوکاتالیستی غیرطبیعی، یعنی چرخه‌سازی رادیکال انتخابی استریو انتخابی برای انتقال اتمی» مجدداً پیکربندی کنند، که قدرت کاتالیز مصنوعی و کنترلی را که طبیعت با کاتالیز آنزیمی فراهم می‌کند ادغام می‌کند.
این قابلیت جدید، احتمالات زیادی را باز می کند، از جمله تنوع بیشتری از مولکول ها که می توانند تحت تأثیر آنزیم های تازه توسعه یافته قرار گیرند.
یانگ گفت: «هدف کلی این است که از بیوکاتالیست‌هایی که تولید می‌کنیم در صنایع داروسازی و کشاورزی استفاده کنیم. در نهایت، با ابزارهای جدید، می‌توانیم داروها و علف‌کش‌های ارزشمندی را تولید کنیم که به نفع جامعه ما باشد.»
نقل قول: محققان در حال توسعه روشی هستند که به آنزیم ها توانایی کاتالیز کردن واکنش های جدید در طبیعت را می دهد (2022، 6 ژانویه)، که در 6 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-method- enzymes-ability استخراج شده است. -catalyze -new-to-nature.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]