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Il mistero della reazione di legatura inversa: perché l'NCL riesce a raggiungere un'elevata selettività e chemioselettività?
Nel campo della biochimica moderna, la legatura chimica nativa (NCL) è in realtà un'importante estensione del concetto di legatura chimica. È un metodo di condensazione covalente di due o più peptidi non protetti per costruire una catena polipeptidica più grande. La NCL è il metodo più efficiente per sintetizzare proteine native o modificate di dimensioni tipiche, in particolare quelle con meno di circa 300 amminoacidi.
Nella reazione NCL, il gruppo tiolico ionizzato del residuo di cisteina N-terminale di un peptide non protetto attacca il tioestere C-terminale di un secondo peptide non protetto in una soluzione tampone acquosa a pH 7,0. In liquido.
Nel processo NCL, la fase iniziale di transtioesterificazione è un processo reversibile, che rende la reazione sia chemioselettiva che regioselettiva, formando infine un intermedio collegato. Questo intermedio si riorganizza rapidamente tramite un trasferimento intramolecolare di S,N-acile, dando origine a un legame ammidico nativo (o "peptidico") nel punto di attacco.
Meccanismo di reazione e sue caratteristiche
Nella reazione NCL, il catalizzatore tiolico più efficace e comunemente utilizzato è l'acido 4-mercaptofenilacetico. La natura reversibile della reazione rende l'NCL altamente regioselettivo durante la sua sintesi. Ad esempio, in presenza di un residuo interno di cisteina, la resa del prodotto finale era ancora molto elevata, il che è stato attribuito all'irreversibilità del secondo passaggio di trasferimento S-N acile nelle condizioni di reazione.
Durante la reazione, non vengono generati quasi sottoprodotti che si combinano con altri gruppi funzionali. Questa caratteristica rende NCL un metodo di sintesi chimica altamente preciso.
La storia dell'NCL risale al 1992, quando Steven Kent e Martina Schnoelzer presso lo Scripps Research Institute svilupparono il concetto di "legame chimico". Questa innovazione non solo ha aperto un precedente per la condensazione covalente di peptidi non protetti, ma è stata anche ulteriormente estesa alla tecnologia NCL nel 1994, consentendo la formazione di legami diesteri dell'acido ossalico tra i peptidi e la loro successiva conversione in legami ammidici nativi.
Applicazioni contemporanee e prospettive future
La tecnologia NCL costituisce la base dell'attuale sintesi proteica chimica ed è stata ampiamente utilizzata per preparare una varietà di proteine ed enzimi. Il suo principale vantaggio è che l'efficienza di collegamento di peptidi lunghi mediante questa tecnologia è spesso prossima a quella quantitativa, consentendo così la sintesi di molte proteine che non possono essere sintetizzate con metodi tradizionali a causa delle loro dimensioni, modifiche e altre strutture chimiche.
Il metodo NCL è intrinsecamente chimica verde, grazie alla sua economia atomica e all'uso di solventi non pericolosi.
La NCL viene solitamente effettuata in soluzione acquosa di cloridrato di guanidina 6 M in presenza di un catalizzatore tiolico aromatico e le rese dei peptidi risultanti sono solitamente prossime a quelle quantitative. Tuttavia, per i peptidi sensibili alla luce, si dovrebbe evitare il contatto con i chetoni perché potrebbe influire sulla sintesi dei peptidi e sull'efficienza della reazione.
ConclusioneInoltre, la tecnologia NCL può utilizzare in modo flessibile diversi amminoacidi contenenti zolfo o peptidi contenenti selenoamminoacidi N-terminali per la sintesi, dimostrando il suo forte potenziale nella biologia sintetica.
In sintesi, la reversibilità della reazione NCL e la sua eccellente selettività la rendono una tecnologia importante per la sintesi proteica. Mentre gli esperti esplorano le potenziali applicazioni di queste reazioni, l'NCL continuerà senza dubbio a svolgere un ruolo importante nella futura ricerca biomedica. D'altro canto, dobbiamo anche chiederci: quante possibili nuove tecnologie aspettano di essere scoperte per l'ingegneria proteica del futuro?
