Химики из Университета Иллинойса и исследовательского центра Pfizer разработали катализатор, способный направленно модифицировать определенный участок трех природных аминокислот — пролина, валина, лейцина. Интересно, что специфичности катализатора оказывается достаточно, чтобы модифицировать аминокислоты в составе олигопептидов (коротких белковых молекул). Исследование опубликовано в журнале Nature, кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.

Модификация природных аминокислот — процесс происходящий в нашем организме под действием специальных ферментов. Одним из самых распространенных путей модификации является окисление одного из атомов углерода в молекуле аминокислоты. При этом связь углерод-водород превращается в связь углерод-гидроксогруппа (-OH). К примеру, такой процесс лежит в основе биосинтеза ванкомицина — известного антибиотика.

Строение катализаторов селективного окисления аминокислот. Thomas J. Osberger et al. / Nature, 2016

Направленное окисление аминокислот идет в нашем организме с помощью специальных катализаторов — белков-ферментов, которые, как правило, содержат в себе атом железа. Однако каждый фермент обладает узкой специализацией — он действует только на одну аминокислоту, или, более того, на одну аминокислоту в определенном белке. 

Биосинтез ванкомицина (a). На врезе — структура катализаторов для селективного окисления пролина, валина и лейцина. Thomas J. Osberger et al. / Nature, 2016

Окисление аминокислот — эффективный путь для создания новых искусственных молекул, используемых, например, в синтезе лекарственных препаратов. Для того, чтобы получить несколько исходных окисленных аминокислот для последующих химических превращений, потребуется соответствующее количество ферментов. Новая работа позволяет сократить этот набор до одного-двух катализаторов.

Схема возможных превращений пролина после окисления перекисью водорода в присутствие железосодержащего катализатора. Thomas J. Osberger et al. / Nature, 2016

Химики предложили заменить сложные белковые катализаторы на низкомолекулярные (небольшие) комплексы железа. Первые эксперименты позволили получить 21 искусственную аминокислоту на основе трех природных и одной искусственной — пролина, валина, норвалина и лейцина. Кроме того, авторы проверили специфичность катализатора на ди- и трипептидах (молекулах, состоящих из двух и трех аминокислотных фрагментов соответственно) — воздействию всегда подвергался строго один и тот же атом углерода в структуре молекулы. 

Схема превращения трипептида на основе природных аминокислот в восемь трипептидов, содержащих остатки искусственных аминокислот. Thomas J. Osberger et al. / Nature, 2016

В частности, химикам удалось с помощью каталитического окисления превратить один трипептид в восемь разных трипептидов, содержащих искусственные аминокислоты. По словам авторов, классические подходы потребовали бы восемь различных синтезов «с нуля». 

Традиционно под аминокислотами понимают органические молекулы, содержащие аминогруппу (-NH₂) и остаток карбоновой кислоты (-COOH) у одного атома углерода (α-аминокислоты). Термин природные аминокислоты относится к 20 таким соединениям, кодируемым триплетами ДНК — все они входят в состав белков, синтезируемых организмами. В белках встречаются и другие аминокислоты, но их число гораздо меньше. 

Ученые используют искусственные аминокислоты для того, чтобы синтезировать новые вещества и белки. Например, с их помощью можно добиваться возникновения у белков новых свойств. Кроме того, искусственные аминокислоты входят в состав различных препаратов, обладая фармакологической активностью. К этой категории относятся ингибиторы АПФ, такие как эналаприл и каптоприл.

Автор: Владимир Королёв