Novi hemijski proces olakšava kreiranje aminokiselina koje ne postoje u prirodi

Foto: Pixabay/geralt

Svaki protein u telu je sačinjen od istih 20 gradivnih blokova zvanih aminokiseline. Međutim, samo zbog toga što je priroda ima ograničenim alat ne znači da ga ljudi ne mogu proširiti, piše Science Daily.

„Ovo je potpuno nova transformacija, nova za prirodu i nova za hemiju“, rekao je Peng Liu, profesor hemije na Fakultetu umetnosti i nauka „Kenet Ditrih“. „Kazati nekom enzimu da napravi neku neprirodnu konfiguraciju aminokiseline je neobično, i to morate da uradite pažljivim bioinženjeringom“.

Preporučujemo

Promenite samo jedan deo nekog većeg proteina i možete izmeniti kako je oblikovan i šta radi – tako da neprirodne aminokiseline obećavaju nastupanje novih vrsta terapija kao što su antibiotici ili imunosupresanti koji koriste proteine ili njihove manje rođake.

Stvaranje takvih molekula u laboratoriji, međutim, težak je i postepen posao: delovi aminokiseline koje se vežu jedan za drugi da bi stvorili proteinski lanac treba da budu zaštićeni pošto istraživači hemijski transformišu ostatak molekula. Reakcija opisana u novoj studiji, pak, jednostavnija je i efikasnija, i daje hemičarima izvanredan stepen kontrole nad orijentacijom grupa atoma u nastalom molekulu.

Takođe je upotrebljeno jedno hemijsko sredstvo – enzim PLP – na neobičan način. Enzimi su proteini koji katalizuju reakcije – obično, čak i kad su njihove funkcije izmenjene bioinženjeringom, sve što mogu da urade jeste da ubrzaju poznate hemijske procese koje bi hemičari mogli izvesti na druge, mada sporije načine. Međutim, upareni sa molekularnim katalizatorom osetljivim na svetlo, taj enzim u ovoj novoj reakciji može da učini daleko više od toga.

„Možete reći da bioinženjerski obrađeni enzimi obezbeđuju veću efikasnost nego mali molekulski katalizatori, ali oni katalizuju istu reakciju“, kaže Liu. „Međutim, ovo je potpuno nova reakcija. Prosto nije postojala ranije“.

Istraživači upotrebljavaju kompjuterske simulacije da otkrije složeni ples koji se odigrava u hemijskoj reakciji na nivou atoma i elektrona, dodajući „zašto“ pored „šta“ koje su otkrile grupe koje sprovode eksperimente. Liu i Bin Han Mai, istraživač na postdoktorskim studijama na Pitsburškom univerzitetu, sarađivali su sa istraživačkim timom Janga Janga sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari.

Liu i Mai uronili su u podatke koje im je obezbedila Jangova grupa da bi razumeli kako i zašto se reakcija desila, odgonetajući posredne korake nevidljive za hemičare. U jednom koraku koji su naročito pažljivo posmatrali, elektron mora da pređe neobično dugu razdaljinu na svom putu između dva molekula. „Bilo je potrebno pažljivo modeliranje u pogledu verovatnoće toga pošto je to nov korak za prirodu i na njemu počiva mehanizam čitave reakcije“, rekao je Liu.

U osnovi tih modela je ogromna kompjuterska snaga. Liu navodi Centar za istraživačko računarstvo Pitsburškog univerziteta kao bitan sastojak uspeha pošto složene simulacije u cilju razumevanja komplikovanih detalja hemijskih reakcija zahtevaju najsavremenije, moćne superkompjutere.

Ipak, još postoje pitanja bez odgovora i ova studija je samo prvi korak u saradnji između dva tima. Ako budu mogli bolje da razumeju zašto se ta neobična reakcija dešava, Liuova grupa bi je mogla upotrebiti u različitim kontekstima za stvaranje velikog broja raznih novih hemijskih instrumenata, lekova itd.

„Možete misliti koliko mnogo različitih vrsta neprirodnih aminokiselina biste mogli napraviti – skoro neograničen broj“, kaže Liu. „Dakle, možemo li upotrebiti ovaj uvid za razvoj drugih novih reakcija takođe?“

(Telegraf Nauka/Science Daily)