Nanomachine模仿大自然的蛋白质工厂

大自然是一位聪明的化学家。而不是在烧瓶中鼓泡反应物并希望在正确的位置形成正确的键,自然界使用细胞机器如酶和核糖体逐步构建分子。现在,随着人工核糖体的发展,人类化学家正在追赶25亿年的进化。纳米机器有一天可以用作蛋白质工厂,组装抗生素如青霉素。

核糖体将氨基酸连接在一起和结肠;核糖体的一部分“读取”信使RNA链,其携带待构建的氨基酸序列的代码,而另一部分获取所需的氨基酸。然后,核糖体组装这些蛋白质来制造长蛋白质或更小的肽。

为了模仿这种行为,英国曼彻斯特大学的DavidLeigh和他的同事使用了一个环形分子穿在一条刚性轨道上一小串小分子。轨道上有三个氨基酸,一端有一个大的惰性化学基团作为停止点,防止环滑落。

在系统中加入酸会激活它,导致环沿轨道移动,直到其路径被第一个氨基酸阻断。环上的催化剂(上面视频中的反应性“臂”)挑出氨基酸并将其连接到环上,然后继续其行程。

肽奖赏

同样的事情发生在环遇到第二和第三个氨基酸时,只有催化剂将每个氨基酸置于前一个氨基酸之上,形成一个短肽。在没有氨基酸障碍的情况下,环从轨道的另一端掉落到停止点,并释放它的肽赏金。

“它看起来很简单,但它比人们做的要复杂得多”之前,“Leigh说。过去,以这种有序,自主的方式添加氨基酸已经证明是困难的。

然而,人工核糖体比实际核糖体慢得多,需要12个小时才能获得一个氨基酸,相比核糖体可以达到的每秒20个。

“是的,这很粗糙,但它非常优雅,”英国华威大学的RachelO“Reilly说道。不是团队的一部分。

其他人已经使用DNA“步行者”沿着轨道移动来构建蛋白质和肽链。但是这些过程控制不如Leigh利用和结肠;如果步行者没有“在一定时间内将氨基酸吸收,它继续前进,经常错过序列中的步骤。Leigh的机器无法避免收集货物。

Leigh说他的小分子系统可以使用除氨基酸以外的构建块来制造有序的肽和类蛋白质系统。这些物质可能具有异国特性并且是用于制造新催化剂。

在短期内,他建议他的机器可用作青霉素等基于三肽,三种连接氨基酸的药物的抗生素生产线。方法比使用传统实验室技术合成方法更有效。

期刊参考和结肠;科学,DOI和结肠;10.1126/science.1229753

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