새로운 화학 공정으로 자연에 존재하지 않는 아미노산을 더 쉽게 만들 수 있 습니다.

신체의 모든 단백질은 아미노산이라는 동일한 20개의 빌딩 블록으로 구성됩니다. 그러나 자연이 제한된 툴킷에 갇혀 있다고 해서 인간이 확장할 수 없다는 의미는 아닙니다.

Pitt 화학자를 포함한 팀이 7월 27일 사이언스(Science)에 발표한 연구는 단백질 기반 요법에 사용하고 유기 화학의 새로운 분야를 열 수 있는 “비천연” 아미노산을 생성하는 강력하고 새로운 방법을 설명합니다.

Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences의 화학 교수이자 해당 논문의 교신 저자인 Peng Liu는 “이것은 완전히 새로운 변화입니다. 자연과 화학에 새로운 것입니다.”라고 말했습니다. “효소에게 아미노산의 부자연스러운 구성을 생성하도록 지시하는 것은 드문 일이며 신중한 생명 공학을 통해 수행해야 합니다.”

더 큰 단백질의 한 조각만 변경하면 모양과 기능을 변경할 수 있습니다. 따라서 비천연 아미노산은 단백질이나 그보다 작은 사촌을 사용하는 항생제나 면역억제제와 같은 새로운 종류의 치료법을 여는 데 가능성이 있습니다.

그러나 실험실에서 그러한 분자를 생성하는 것은 번거로운 다단계 과정입니다. 단백질 사슬을 형성하기 위해 서로 연결되는 아미노산 조각은 연구원이 분자의 나머지 부분을 화학적으로 변환할 때 보호되어야 합니다. 그러나 새로운 논문에 기술된 반응은 더 간단하고 효율적이며 화학자들에게 결과 분자에서 원자 그룹이 어떻게 배향되는지에 대한 전례 없는 수준의 제어를 제공합니다.

또한 특이한 방식으로 화학적 도구인 PLP 효소를 사용합니다. 효소는 반응을 촉매하는 단백질입니다. 일반적으로 생명 공학에 의해 기능이 변경되더라도 화학자가 다른 방법으로 달성할 수 있는 알려진 화학 프로세스를 가속화할 수 있습니다. 그러나 빛에 민감한 분자 촉매와 함께 이 새로운 반응의 효소는 그 이상을 달성할 수 있습니다.

“생명 공학 효소가 소분자 촉매보다 더 나은 효율성을 제공한다고 주장할 수 있지만 동일한 반응을 촉매합니다.”라고 오른쪽 사진의 Liu는 말했습니다. “하지만 이것은 완전히 새로운 반응입니다. 단순히 전에는 존재하지 않았습니다.”

Liu의 그룹은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 원자와 전자 수준의 화학 반응에서 발생하는 복잡한 춤을 파악하고 실험을 수행하는 그룹이 발견한 “무엇”에 “이유”를 추가합니다. 이 논문을 위해 Liu와 Pitt 박사 후 연구원인 Binh Khanh Mai(왼쪽 사진)는 Yang Yang이 이끄는 UC Santa Barbara의 연구원 팀과 함께 작업했습니다. 방문 대학원생.

Liu와 Mai는 Yang의 그룹이 제공한 데이터에 뛰어들어 화학자들에게 보이지 않는 중간 단계를 이해하면서 반응이 어떻게 그리고 왜 일어나는지 이해했습니다. 한 단계에서 듀오는 전자가 두 분자 사이의 경로에서 비정상적으로 먼 거리를 이동해야 한다는 점을 특히 면밀히 관찰했습니다. “우리는 이것이 자연에 새로운 단계이고 전체 반응 메커니즘을 지원하기 때문에 이것의 가능성에 대해 신중한 모델링을 수행해야 했습니다.”라고 Liu는 말했습니다.

이러한 모델을 뒷받침하는 것은 엄청난 컴퓨팅 성능입니다. Liu는 그룹이 복잡한 화학 반응을 이해하기 위해 수행하는 복잡한 시뮬레이션에는 최첨단의 강력한 슈퍼컴퓨터를 사용하는 시간이 필요하기 때문에 Pitt의 Center for Research Computing이 연구실 성공의 필수 요소라고 말합니다.

그렇더라도 여전히 답이 없는 질문이 있으며 이 문서는 두 팀 간의 일련의 공동 작업의 첫 번째 단계에 불과합니다. 비정상적인 반응이 일어나는 이유를 더 잘 이해할 수 있다면 Liu의 그룹은 다양한 새로운 화학 도구, 의약품 등을 만들기 위해 다양한 상황에서 이를 활용할 수 있는 능력을 열 수 있습니다.

“얼마나 많은 종류의 비천연 아미노산을 만들 수 있는지 생각할 수 있습니다. 거의 무제한이 있습니다.”라고 Liu는 말했습니다. “그러면 이 통찰력을 사용하여 다른 새로운 반응도 개발할 수 있습니까?”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230731144129.htm