Các nhà hóa học mô tả một cách để tạo ra các axit amin 'không tự nhiên' mới, có thể được sử dụng trong các liệu pháp dựa trên protein và mở ra các nhánh mới của hóa học hữu cơ.
Mỗi protein trong cơ thể bạn được tạo thành từ 20 khối xây dựng giống nhau được gọi là axit amin. Nhưng chỉ vì tự nhiên bị mắc kẹt với một bộ công cụ hạn chế không có nghĩa là con người không thể mở rộng nó.
Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science vào ngày 27 tháng 7 bởi một nhóm bao gồm các nhà hóa học Pitt mô tả một phương pháp mới mạnh mẽ để tạo ra các axit amin "không tự nhiên", có thể được sử dụng trong các liệu pháp dựa trên protein và mở ra các nhánh hóa học hữu cơ mới.
“Đây là một sự biến đổi hoàn toàn mới: mới đối với tự nhiên và mới đối với hóa học,” Peng Liu, giáo sư hóa học tại Trường Khoa học và Nghệ thuật Kenneth P. Dietrich, đồng thời là tác giả tương ứng của bài báo cho biết. "Yêu cầu một enzym tạo ra một cấu hình không tự nhiên của một axit amin là điều không bình thường và bạn phải làm điều đó với kỹ thuật sinh học cẩn thận."
Chỉ thay đổi một phần của protein lớn hơn, và bạn có thể thay đổi hình dạng và chức năng của nó -- vì vậy các axit amin không tự nhiên hứa hẹn sẽ mở ra các loại liệu pháp mới như thuốc kháng sinh hoặc chất ức chế miễn dịch sử dụng protein hoặc những người anh em họ nhỏ hơn của chúng.
Tuy nhiên, việc tạo ra các phân tử như vậy trong phòng thí nghiệm là một quá trình phức tạp, gồm nhiều bước: Các mảnh axit amin liên kết với nhau để tạo thành chuỗi protein phải được bảo vệ khi các nhà nghiên cứu biến đổi hóa học phần còn lại của phân tử. Tuy nhiên, phản ứng được mô tả trong bài báo mới đơn giản hơn và hiệu quả hơn, đồng thời cung cấp cho các nhà hóa học một mức độ kiểm soát chưa từng có đối với cách các nhóm nguyên tử được định hướng trong phân tử thu được.
(adv)
Nó cũng sử dụng một công cụ hóa học, enzyme PLP, theo một cách khác thường. Enzyme là các protein xúc tác phản ứng -- thông thường, ngay cả khi chức năng của chúng bị thay đổi bởi công nghệ sinh học, tất cả những gì chúng có thể làm là tăng tốc các quá trình hóa học đã biết mà các nhà hóa học có thể đạt được bằng những cách khác, mặc dù chậm hơn. Nhưng kết hợp với chất xúc tác phân tử nhạy cảm với ánh sáng, enzyme trong phản ứng mới này có thể đạt được nhiều hơn thế.
Liu cho biết: “Bạn có thể lập luận rằng các enzyme được chế tạo bằng công nghệ sinh học mang lại hiệu quả tốt hơn so với các chất xúc tác phân tử nhỏ, nhưng chúng xúc tác cho cùng một phản ứng”. "Nhưng đây là một phản ứng hoàn toàn mới. Đơn giản là nó không tồn tại trước đây."
Nhóm của Liu sử dụng các mô phỏng trên máy tính để tìm ra vũ điệu phức tạp xảy ra trong một phản ứng hóa học ở cấp độ nguyên tử và điện tử, thêm "tại sao" vào "cái gì" được phát hiện bởi các nhóm tiến hành thí nghiệm. Đối với bài báo này, Liu và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Pitt Bình Khánh Mai, hình bên trái, đã làm việc với một nhóm các nhà nghiên cứu tại UC Santa Barbara do Yang Yang dẫn đầu -- một sự hợp tác đã diễn ra mạnh mẽ kể từ năm 2014, khi Yang dành một mùa hè trong phòng thí nghiệm của Liu với tư cách là một nghiên cứu sinh đến thăm.
quảng cáo
Liu và Mai đi sâu vào dữ liệu do nhóm của Yang cung cấp để hiểu cách thức và lý do phản ứng diễn ra, làm bối rối các bước trung gian mà các nhà hóa học không nhìn thấy được. Trong một bước, bộ đôi đã xem xét kỹ lưỡng, một electron phải di chuyển một quãng đường dài bất thường trên đường đi giữa hai phân tử. Liu cho biết: “Chúng tôi đã phải thực hiện một số mô hình cẩn thận về khả năng xảy ra điều này bởi vì đây là bước mới đối với tự nhiên và nó hỗ trợ toàn bộ cơ chế phản ứng”.
Nền tảng cho những mô hình đó là sức mạnh tính toán to lớn. Liu trích dẫn Trung tâm Máy tính Nghiên cứu của Pitt là một thành phần thiết yếu trong thành công của phòng thí nghiệm, vì các mô phỏng phức tạp mà nhóm thực hiện để hiểu được sự phức tạp của các phản ứng hóa học đòi hỏi thời gian với các siêu máy tính mạnh mẽ, tiên tiến.
Mặc dù vậy, có những câu hỏi vẫn chưa được trả lời và bài báo này chỉ là bước đầu tiên trong một loạt các hợp tác giữa hai nhóm. Nếu họ có thể hiểu rõ hơn tại sao phản ứng bất thường xảy ra, nhóm của Liu có thể mở ra khả năng khai thác nó trong các bối cảnh khác nhau để tạo ra nhiều loại công cụ hóa học, thuốc men mới, v.v.
"Bạn có thể nghĩ về bao nhiêu loại axit amin không tự nhiên khác nhau mà bạn có thể tạo ra - có một số lượng gần như không giới hạn," Liu nói. "Vậy chúng ta có thể sử dụng cái nhìn sâu sắc này để phát triển các phản ứng mới khác không?"
Nguồn Đại học Pittsburgh
