Имитатор фермента
Имитатор фермента (или искусственный фермент ) — это раздел биомиметической химии, целью которого является имитация функции природных ферментов. [1] [2] [3] [4] [5] Имитатор фермента — это небольшой молекулярный комплекс, который моделирует молекулярную структуру, спектроскопические свойства или реакционную способность фермента , иногда называемый биоинспирированными комплексами. [6]
Обзор
Ферменты являются биологическими катализаторами: биополимерами, которые катализируют реакцию . Хотя небольшое количество природных ферментов построено из РНК – называемых рибозимами – большинство ферментов являются белками . Как и любой другой белок, фермент представляет собой полимер аминокислот с добавленными кофакторами и другими посттрансляционными модификациями . Часто большая часть полимера аминокислот косвенно участвует в функции фермента, возможно, обеспечивая вспомогательную структуру или связь, косвенную регуляцию активности или молекулярную идентификацию фермента. В результате большинство ферментов представляют собой большие молекулы весом во много килодальтон . Эта масса может скрывать различные методы исследования, такие как ЯМР , ЭПР , электрохимия , кристаллография и другие. Стандартной практикой является сравнение спектроскопических данных ферментов с аналогичными спектроскопическими данными, полученными от лучше охарактеризованных малых молекул. Таким образом, развилось понимание металлоферментов и других металлопротеинов . Во многих случаях аналоги малых молекул были созданы по другим причинам; Однако все чаще группы намеренно создают аналоги малых молекул, также известные как имитаторы ферментов. Эти имитаторы ферментов являются яркими примерами бионеорганической химии .
Мотивация
Большинство исследований по имитации ферментов мотивированы комбинацией факторов, включая факторы, не связанные с ферментом. Некоторые из факторов, связанных с ферментом, перечислены ниже.
Определение структуры активного центра. Ряд важных активных центров все еще плохо определены. Это включает в себя комплекс, выделяющий кислород , и нитрогеназу . В попытке понять эти ферменты создаются аналоги малых молекул и сравниваются с данными, которые существуют для белков.
Понимание функции активного центра. Структура некоторых ферментов очень хорошо охарактеризована, однако функция некоторых компонентов активного центра изучена плохо. Это часто исследуется с помощью направленного мутагенеза . Кроме того, синтез модельного комплекса может подсказать функцию различных компонентов.
Воспроизведение функции ферментов. Ряд ферментов представляют интерес, поскольку они катализируют реакцию, которую химики считают сложной. Эти реакции включают частичное окисление углеводорода метанмонооксигеназой (ММО) или окисление и производство водорода гидрогеназой . « Функциональные » имитаторы ферментов или биоинспирированные катализаторы разрабатываются с характеристиками фермента в надежде воспроизвести функциональность ферментов.
Показательные примеры
Этот список крайне сокращен с точки зрения имитируемых ферментов и основных исследователей, работающих над каждым имитатором ферментов.
Работа Ричарда Холма по имитации нитрогеназы и созданию кластеров железа и серы .
Работа Стивена Липпарда над MMO .
Работа Томаса Раухфуса, Марчетты Даренсбург и Кристофера Пикетта по имитаторам гидрогеназы .
Работа Гарри Грея с комплексами порфиринов .
Рональд Бреслоу и Ларри Э. Оверман ввели термин «искусственный фермент». [3]
Ссылки
- ^ "Breslow Group Homepage". www.columbia.edu . Получено 2015-12-11 .
- ^ Бреслоу, Рональд (1995-03-01). «Биомиметическая химия и искусственные ферменты: катализ по дизайну». Accounts of Chemical Research . 28 (3): 146– 153. doi :10.1021/ar00051a008. ISSN 0001-4842.
- ^ ab Бреслоу, Рональд; Оверман, Ларри Э. (1970-02-01).«Искусственный фермент», объединяющий металлическую каталитическую группу и гидрофобную связывающую полость». Журнал Американского химического общества . 92 (4): 1075– 1077. doi :10.1021/ja00707a062. ISSN 0002-7863.
- ^ "Wiley: Искусственные ферменты - Рональд Бреслоу". as.wiley.com . Получено 2015-12-11 .
- ^ Кирби, Энтони Дж.; Холлфельдер, Флориан. «От моделей ферментов к модельным ферментам (издательство RSC) Энтони Дж. Кирби, Флориан Холлфельдер». pubs.rsc.org . Получено 11 декабря 2015 г.
- ^ Стивен Дж. Липпард, Джереми М. Берг, Принципы бионеорганической химии , University Science Books, 1994 , ISBN 0-935702-72-5
