เอ็นไซม์ไม่เพียงแต่สามารถเรียนรู้จากเคมีสังเคราะห์เท่านั้น แต่ยังช่วยให้เกิดเคมีใหม่ๆ ที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนอีกด้วย นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียซึ่งได้นำเอนไซม์ cytochrome P450 กลับมาใช้ใหม่เพื่อผลิต β-lactams ในกระบวนการที่เรียกว่าฟังก์ชันการทำงานของคาร์บอนไฮโดรเจน (CH) กล่าว เอ็นไซม์ยังสามารถควบคุมได้ว่าพันธะ CH ในซับสเตรตจะทำงานอย่างไร
ดังนั้นจึงส่งแลกแทมประเภทอื่น
เช่น γ หรือ δ-แลคตัม โมเลกุลเหล่านี้เป็นองค์ประกอบสำคัญในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ และ β-lactams มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมยา ตัวอย่างเช่น การผลิตยาปฏิชีวนะ เช่น เพนิซิลลิน
การทำงานของ CH เป็นหนึ่งในกลยุทธ์ที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในเคมีสังเคราะห์ เนื่องจากโมเลกุลอินทรีย์มักประกอบด้วยพันธะ CH ที่คล้ายกันหลายพันธะ จึงเป็นเรื่องยากที่จะควบคุมตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยาตามโมเลกุลได้อย่างแม่นยำ แนวทางที่มีแนวโน้มดีคือการใช้เอ็นไซม์ ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของโลกทางชีววิทยา ซึ่งเลือกตำแหน่งได้มากสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี
ปฏิกิริยา ก. แบบแผนปฏิกิริยาทั่วไป B โครงสร้างผลึกของแวเรียนต์ที่เกี่ยวข้อง (PDB ID: 5UCW) โดยมีเรซิดิวที่กลายพันธุ์ทำเครื่องหมายเป็นสีน้ำเงิน C, การสังเคราะห์ระดับแกรม มารยาท: Inha Cho, Frances Arnold, Zhi-Jun Jia ไซโตโครม P450
นักวิจัยที่นำโดยFrances Arnoldได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับ cytochrome P450 ซึ่งเป็นเอ็นไซม์ terminal oxidase ที่มี heme ซึ่งทำหน้าที่ออกซิไดซ์พันธะ CH กับพันธะ CO โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขามุ่งเน้นไปที่ไซโตโครม P450 ตามธรรมชาติจากBacillus megaterium (P450 BM3 ) และวิธีนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อรองรับเคมีที่แปลกใหม่
ในงานล่าสุดของพวกเขา พวกเขาใช้สารตั้งต้น
ที่มีสารตั้งต้นไนเตรนซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากตัวกลางตามธรรมชาติในการสังเคราะห์ทางชีวเคมีของเบนซาสแตติน และจัดหาให้กับรุ่น P450 BM3ที่ ออกแบบทางวิศวกรรม Inha Cho สมาชิกในทีมอธิบายว่า “เอ็นไซม์ส่วนใหญ่ที่เราใช้ไม่ได้ให้ผลผลิตกับสารตั้งต้น แต่มีเอนไซม์ β-lactam จำนวนเล็กน้อย “เราจึงตัดสินใจสร้างเอ็นไซม์แม่นี้”
P450 BM3 สร้าง lactams ผ่านการรวมตัวกันของ CH ภายในโมเลกุลเธอกล่าว “สารตั้งต้นเป็นโมเลกุลคล้ายสายโซ่ที่มีพันธะ CH และสารตั้งต้นของปลายไนไตร เอ็นไซม์ที่ออกแบบทางวิศวกรรมใช้สารตั้งต้นเพื่อสร้างสารตัวกลางของไนเตรนที่จับกับเหล็กและวนไปยังพันธะ CH จำเพาะ ก็เหมือนเอาปลายเชือกด้านหนึ่งมาผูกเป็นปมตรงกลางเชือก”
เอนไซม์ที่พัฒนาขึ้นในห้องปฏิบัติการของ Arnold สามารถสร้างโมเลกุลเบต้า-แลกแทม แกมมา-แลคแทม และเดลต้า-แลกแทมได้ Zhi-Jun Jia สมาชิกในทีมอธิบายว่า “ในเคมีสังเคราะห์แบบดั้งเดิม เราต้องจับกลุ่มปฏิกิริยาพิเศษเพิ่มเติมบนโมเลกุลที่เราต้องการเปลี่ยนเป็น β -lactams” หากไม่มีสิ่งเหล่านี้ ปมจะผูกติดอยู่กับจุดต่างๆ ทำให้เกิดเป็นปมขนาดใหญ่และขนาดเล็ก สิ่งนี้ไม่เหมาะเมื่อพยายามผลิตยาปฏิชีวนะที่เป็นเนื้อเดียวกัน ยิ่งไปกว่านั้น การเพิ่มกลุ่มฟังก์ชันรีแอกทีฟพิเศษเหล่านี้จะทำให้การสังเคราะห์ซับซ้อนขึ้นด้วยการแนะนำขั้นตอนเพิ่มเติม
เอ็นไซม์ที่ออกแบบแล้วมุ่งเป้าไปที่พันธะ CH จำเพาะ นักวิจัยของ Caltech ได้ออกแบบเอ็นไซม์หลายตัวจากแม่เดียวกันในกระบวนการที่เรียกว่า direct evolution ซึ่งเป็นเทคนิคที่ Arnold พัฒนาขึ้นในปี 1990 และทำให้เธอได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2018 ในที่นี้ รหัสพันธุกรรมของเอนไซม์ที่มีประโยชน์จะถูกถ่ายโอนไปยังแบคทีเรีย เช่นEscherichia coli และแบคทีเรียจะเริ่มผลิตเอนไซม์นี้
เมื่อพวกมันเติบโตและแบ่งตัว
พวกเขาพบว่าเอ็นไซม์ที่ออกแบบแล้วแต่ละตัวสามารถกำหนดเป้าหมายพันธะ CH เฉพาะเพื่อผลิตแลคตัมที่มีขนาดวงแหวนต่างกัน หนึ่งในสารตั้งต้นของไนเตรน (ไฮดรอกซาเมต “ที่ได้รับการป้องกันด้วยเอซิล”) มีพันธะ C(sp 3 )-H ที่ทำปฏิกิริยาสามชุดและตัวแปรของเอนไซม์ LS b , LS g และ LS sp3 ก่อตัวเป็น β-, γ- และ δ-lactams ตามลำดับ โดยการเลือกไซต์ CH เฉพาะบนพื้นผิว γ-lactam ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนสี่อะตอมและอะตอมไนโตรเจนหนึ่งอะตอมในขณะที่δ-lactam ซึ่งเป็นอะตอมของคาร์บอนห้าอะตอมและไนโตรเจนหนึ่งตัว
เอ็นไซม์ที่ถูกออกแบบทางวิศวกรรมยังมีประสิทธิภาพมากอีกด้วย Jia กล่าว โดยโมเลกุลของเอนไซม์แต่ละตัวผลิตผลิตภัณฑ์แลคตัมได้มากถึง 1 ล้านชิ้น ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2018 ได้แก่ Frances H Arnold, George P Smith และ Gregory P Winter ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี
“งานของเราแสดงให้เห็นว่าเอ็นไซม์สามารถคิดค้นเคมีใหม่ ๆ และช่วยจัดการกับความท้าทายที่สำคัญในเคมีสังเคราะห์” เขาบอกกับPhysics World “เราเชื่อว่าพวกเขาสามารถตระหนักถึงปฏิกิริยาที่แปลกใหม่และแม้กระทั่งใหม่ต่อมนุษยชาติในอนาคต เทคนิคที่เราพัฒนาขึ้นสามารถช่วยในการค้นพบและผลิตยาปฏิชีวนะและยาชนิดใหม่ ๆ ซึ่งมีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการดื้อยาปฏิชีวนะกำลังกลายเป็นปัญหาที่สำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ”
นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาในScience 10.1126/science.aaw9068กำลังมองหาการใช้งานทางอุตสาหกรรมสำหรับเทคโนโลยีของพวกเขา “เราจะศึกษาเอนไซม์ที่ประกอบด้วยฮีมต่อไป แต่ยังพยายามใช้ประโยชน์จากเอ็นไซม์ที่ไม่ใช่ฮีมเพื่อทำให้กล่องเครื่องมือของเราสมบูรณ์ยิ่งขึ้น” พวกเขากล่าว “เราหวังว่านักเคมีจะสามารถใช้เอ็นไซม์ในการสังเคราะห์ได้ในอนาคตในลักษณะเดียวกับที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโมเลกุลขนาดเล็กในปัจจุบัน”
“เราเป็นคนแรกที่ใช้กระบวนการมัลติโฟตอนสำหรับการประยุกต์ใช้ในการรักษา” เซงกล่าว “เราทำให้ระบบรวดเร็วมาก เพื่อให้สามารถแสดงภาพในอัตราวิดีโอแบบเรียลไทม์ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการเปิดใช้งานการใช้งานทางคลินิก”
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>สล็อตเว็บตรง
