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人工小分子机器可将氨基酸连接多肽链

核心提示:核糖体按照mRNA编码将氨基酸合成为蛋白质,现在科学家在核糖体的启发下首次使用合成材料创造了一个人工小分子机器,该小分子机器能够按顺序将氨基酸连接多肽链。这项研究发表在最近一期的Science杂志上。

中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2013年1月15日讯  核糖体按照mRNA编码将氨基酸合成为蛋白质,现在科学家在核糖体的启发下首次使用合成材料创造了一个人工小分子机器,该小分子机器能够按顺序将氨基酸连接多肽链。这项研究发表在最近一期的Science杂志上。

“我们制造了能够构建其他分子的小分子机器。你只要把机器建好让它去缝合氨基酸就行了,”文章资深作者,英国曼彻斯特大学有机化学家David Leigh说。“蛋白合成是一个相当复杂的过程,而我们首次利用人工小分子机器成功执行了如此复杂的任务。”

在此之前,科学家们曾构建过执行机械任务的合成分子机器和执行简单功能的生物分子机器(由DNA、蛋白质或其他生物分子构成)。但还没有哪个小分子机器能够完成与细胞天然过程同样复杂的任务,例如模拟核糖体的主要功能,在信使RNA编码的基础上用氨基酸合成蛋白。

Leigh及其团队设计了仅有几纳米长的微型合成链,其上共价连有三个氨基酸。随后他们围绕这条链构建了一个带有小反应臂的分子环。

当这个小分子机器启动时,分子环会通过随机的布朗运动遇到合成链上的第一个氨基酸。分子环因此停顿下来,其反应臂通过天然化学连接(native chemical ligation)拿起氨基酸并将其放入反应臂上的特殊位点——多肽延伸位点。

第一个氨基酸被移开后,分子环沿着合成链移动到下一个氨基酸处,再次停住脚步。其反应臂再次拿起氨基酸并将其与第一个氨基酸连接在一起。随后分子环继续移动,在第三个氨基酸处重复同样的过程,由此形成一个多肽。

“分子环只能按照轨道上氨基酸的顺序与之相遇,这就使合成序列能够真实反映合成链上的氨基酸顺序”Leigh说。

科学家们平行运行了1018个这样的小分子机器,在36小时后得到了毫克级的多肽。随后研究团队用串联质谱对这些多肽序列进行了确认。

这篇Science文章仅描述了含三个氨基酸的肽链合成,不过研究人员在随后的实验中又用这种小分子机器合成了含四个氨基酸的多肽。现在Leigh的实验室正在进一步研究,希望将更多的氨基酸链接起来构建一个完整的蛋白。

在将这一小分子机器与天然核糖体进行比较时,Leigh说他们的分子“还是简单多了”并且“还不能完全实现核糖体的全部复杂机制。”

但Leigh相信,这些小分子机器最终将能用于化学和制药产业。“如果我们能够实现用分子机器生产分子,从长远看来这样的分子工厂一定会使效率大大提高,” Leigh说。

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  编辑:Cassie.D

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