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逆ライゲーション反応の謎：なぜ NCL は高い選択性と化学選択性を達成できるのか？
現代の生化学の分野では、ネイティブ ケミカル ライゲーション (NCL) は、実際にはケミカル ライゲーションの概念の重要な拡張です。これは、2 つ以上の保護されていないペプチドを共有結合して、より大きなポリペプチド鎖を構築する方法です。 NCL は、典型的なサイズの天然または改変されたタンパク質、特に約 300 個未満のアミノ酸を含むタンパク質を合成するための最も効率的な方法です。
NCL 反応では、保護されていないペプチドの N 末端システイン残基のイオン化されたチオール基が、pH 7.0 の水性緩衝液中の 2 番目の保護されていないペプチドの C 末端チオエステルを攻撃します。
NCL プロセスでは、最初のチオエステル交換ステップは可逆的なプロセスであり、反応は化学選択的かつ位置選択的になり、最終的に結合した中間体が形成されます。この中間体は分子内 S,N-アシル転移によって急速に再配置され、結合点に天然のアミド (または「ペプチド」) 結合が生じます。
反応機構とその特徴
NCL 反応において、最も効果的で一般的に使用されるチオール触媒は 4-メルカプトフェニル酢酸です。反応の可逆性により、NCL は合成中に非常に位置選択的になります。例えば、内部システイン残基が存在する場合でも、最終生成物の収率は依然として非常に高く、これは反応条件下での第 2 ステップ S-N アシル転移の不可逆性に起因します。
反応中、他の官能基と結合する副生成物はほとんど生成されません。この特徴により、NCL は高精度の化学合成法となっています。
NCL の歴史は、スクリプス研究所のスティーブン・ケントとマルティナ・シュノエルツァーが「化学結合」の概念を開発した 1992 年にまで遡ります。この革新は、保護されていないペプチドの共有結合縮合の先例を開いただけでなく、1994 年に NCL 技術にさらに拡張され、ペプチド間にシュウ酸ジエステル結合を形成し、最終的に天然のアミド結合に変換できるようになりました。
現代の応用と将来の展望
NCL 技術は、今日の化学的タンパク質合成の基礎を形成し、さまざまなタンパク質や酵素の調製に広く使用されています。その主な利点は、この技術による長いペプチドの結合効率が定量的に近いことが多いため、サイズ、修飾、その他の化学構造のために従来の方法では合成できない多くのタンパク質の合成が可能になることです。
NCL の方法は、原子経済性と無害な溶媒の使用により、本質的にグリーンケミストリーです。
NCL は通常、芳香族チオール触媒の存在下で 6 M グアニジン塩酸塩水溶液中で行われ、得られるペプチドの収量は通常、ほぼ定量的です。ただし、光に敏感なペプチドの場合、ペプチドの合成や反応効率に影響を及ぼす可能性があるため、ケトンとの接触は避ける必要があります。
結論さらに、NCL テクノロジーは、さまざまな硫黄含有アミノ酸や N 末端セレノアミノ酸を含むペプチドを合成に柔軟に使用できるため、合成生物学における大きな可能性を示しています。
要約すると、NCL 反応の可逆性と優れた選択性により、NCL 反応はタンパク質合成にとって重要な技術となります。専門家がこれらの反応の潜在的な応用を研究するにつれて、NCL は間違いなく将来の生物医学研究において重要な役割を果たし続けるでしょう。逆に、私たちは次のことも考えなければなりません。将来のタンパク質工学のために、発見されるのを待っている新しい技術はいくつあるでしょうか?
