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Le mystère de la réaction de ligature par inversion : pourquoi NCL peut-il atteindre une sélectivité et une chimiosélectivité efficaces ?
Dans le domaine de la biochimie moderne, la ligature chimique native (NCL) est en fait une extension importante du concept de ligature chimique. Il s'agit d'une méthode de condensation covalente de deux ou plusieurs peptides non protégés pour construire une chaîne polypeptidique plus grande. Le NCL est la méthode la plus efficace pour synthétiser des protéines natives ou modifiées de tailles typiques, en particulier celles contenant moins de 300 acides aminés environ.
Dans la réaction NCL, le groupe thiol ionisé du résidu cystéine N-terminal d'un peptide non protégé attaque le thioester C-terminal d'un deuxième peptide non protégé dans une solution tampon aqueuse à pH 7,0. Dans un liquide.
Dans le procédé NCL, l'étape initiale de transthioestérification est un processus réversible, qui rend la réaction à la fois chimiosélective et régiosélective, formant finalement un intermédiaire lié. Cet intermédiaire se réorganise rapidement via un transfert intramoléculaire de S,N-acyle, ce qui entraîne une liaison amide native (ou « peptide ») au point de fixation.
Mécanisme de réaction et ses caractéristiques
Dans la réaction NCL, le catalyseur thiol le plus efficace et le plus couramment utilisé est l'acide 4-mercaptophénylacétique. La nature réversible de la réaction rend le NCL hautement régiosélectif lors de sa synthèse. Par exemple, en présence d'un résidu de cystéine interne, le rendement du produit final était encore très élevé, ce qui a été attribué à l'irréversibilité du transfert d'acyle S-N de la deuxième étape dans les conditions de réaction.
Pendant la réaction, il n'y a pratiquement pas de sous-produits se combinant avec d'autres groupes fonctionnels. Cette caractéristique fait du NCL une méthode de synthèse chimique de haute précision.
L'histoire du NCL remonte à 1992, lorsque le concept de « liaison chimique » a été développé par Steven Kent et Martina Schnoelzer au Scripps Research Institute. Cette innovation a non seulement ouvert la voie à la condensation covalente de peptides non protégés, mais a également été étendue à la technologie NCL en 1994, permettant à des liaisons diester d'acide oxalique de se former entre les peptides et de se convertir finalement en liaisons amide natives.
Applications contemporaines et perspectives d'avenir
La technologie NCL constitue la base de la synthèse chimique des protéines d’aujourd’hui et a été largement utilisée pour préparer une variété de protéines et d’enzymes. Son principal avantage est que l’efficacité de connexion de longs peptides par cette technologie est souvent proche du quantitatif, permettant ainsi la synthèse de nombreuses protéines qui ne peuvent pas être synthétisées par les méthodes traditionnelles en raison de leur taille, de leurs modifications et d’autres structures chimiques.
La méthode NCL est intrinsèquement une chimie verte en raison de son économie atomique et de l'utilisation de solvants non dangereux.
La NCL est généralement réalisée dans du chlorhydrate de guanidine 6 M en solution aqueuse en présence d'un catalyseur thiol aromatique, et les rendements des peptides résultants sont généralement proches du quantitatif. Cependant, pour les peptides sensibles à la lumière, le contact avec les cétones doit être évité car cela peut affecter la synthèse des peptides et l'efficacité de la réaction.
ConclusionDe plus, la technologie NCL peut utiliser de manière flexible différents acides aminés contenant du soufre ou des peptides contenant des acides sélénioïques N-terminaux pour la synthèse, démontrant ainsi son fort potentiel en biologie synthétique.
En résumé, la réversibilité de la réaction NCL et son excellente sélectivité en font une technologie importante pour la synthèse des protéines. Alors que les experts explorent les applications potentielles de ces réactions, le NCL continuera sans aucun doute à jouer un rôle important dans la recherche biomédicale future. À l’inverse, nous devons également réfléchir : combien de nouvelles technologies possibles attendent d’être découvertes pour l’ingénierie future des protéines ?
