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O mistério da reação de ligação reversa: por que o NCL pode atingir alta seletividade e quimiosseletividade?
No campo da bioquímica moderna, a ligação química nativa (NCL) é, na verdade, uma extensão importante do conceito de ligação química. É um método de condensação covalente de dois ou mais peptídeos desprotegidos para construir uma cadeia polipeptídica maior. NCL é o método mais eficiente para sintetizar proteínas nativas ou modificadas de tamanhos típicos, especialmente aquelas com menos de 300 aminoácidos.
Na reação NCL, o grupo tiol ionizado do resíduo de cisteína N-terminal de um peptídeo desprotegido ataca o tioéster C-terminal de um segundo peptídeo desprotegido em uma solução tampão aquosa a pH 7,0. Em líquido.
No processo NCL, a etapa inicial de transtioesterificação é um processo reversível, o que torna a reação quimiosseletiva e regiosseletiva, formando, por fim, um intermediário ligado. Esse intermediário se reorganiza rapidamente por meio de uma transferência intramolecular de S,N-acil, resultando em uma ligação amida nativa (ou "peptídeo") no ponto de ligação.
Mecanismo de reação e suas características
Na reação NCL, o catalisador tiol mais eficaz e comumente usado é o ácido 4-mercaptofenilacético. A natureza reversível da reação torna o NCL altamente regiosseletivo durante sua síntese. Por exemplo, na presença de um resíduo interno de cisteína, o rendimento do produto final ainda era muito alto, o que foi atribuído à irreversibilidade da transferência de acil S-N da segunda etapa sob as condições de reação.
Durante a reação, quase nenhum subproduto que se combine com outros grupos funcionais é gerado. Essa característica torna o NCL um método de síntese química altamente preciso.
A história da NCL remonta a 1992, quando o conceito de "ligação química" foi desenvolvido por Steven Kent e Martina Schnoelzer no Scripps Research Institute. Essa inovação não apenas abriu o precedente para a condensação covalente de peptídeos desprotegidos, mas também foi estendida à tecnologia NCL em 1994, permitindo que ligações diéster de ácido oxálico se formassem entre peptídeos e, finalmente, se convertessem em ligações amida nativas.
Aplicações contemporâneas e perspectivas futuras
A tecnologia NCL forma a base para a síntese química de proteínas atual e tem sido amplamente utilizada para preparar uma variedade de proteínas e enzimas. Sua principal vantagem é que a eficiência de conexão de peptídeos longos por essa tecnologia é muitas vezes próxima da quantitativa, permitindo assim a síntese de muitas proteínas que não podem ser sintetizadas por métodos tradicionais devido ao seu tamanho, modificações e outras estruturas químicas.
O método da NCL é inerentemente uma química verde devido à sua economia de átomos e ao uso de solventes não perigosos.
A NCL é geralmente realizada em cloridrato de guanidina 6 M em solução aquosa na presença de um catalisador tiol aromático, e os rendimentos dos peptídeos resultantes são geralmente quase quantitativos. Entretanto, para peptídeos sensíveis à luz, o contato com cetonas deve ser evitado, pois isso pode afetar a síntese de peptídeos e a eficiência da reação.
ConclusãoAlém disso, a tecnologia NCL pode usar de forma flexível diferentes aminoácidos contendo enxofre ou peptídeos contendo selenoaminoácidos N-terminais para síntese, demonstrando seu forte potencial em biologia sintética.
Em resumo, a reversibilidade da reação NCL e sua excelente seletividade a tornam uma tecnologia importante para a síntese de proteínas. À medida que especialistas exploram as potenciais aplicações dessas reações, a NCL, sem dúvida, continuará a desempenhar um papel importante na futura pesquisa biomédica. Por outro lado, também devemos pensar: Quantas novas tecnologias possíveis estão esperando para serem descobertas para a futura engenharia de proteínas?
