Новости химической науки > Димер циклодекстрина в роли синтетической полимеразы

Химики создали искусственную полимеразу, для работы которой не требуются металлокомплексные катализаторы и органические растворители. Эффективность новой синтетической полимеразы выше, чем у синтетических полимераз, идеи для разработки которых были подчерпнуты у живой природы.

Новый «энзим» (точнее, более правильно было бы назвать новую систему «гликанзим») представляет собой димер из двух торообразных молекул циклодекстрина – один из циклодекстриновых циклов катализирует протекание реакции полимеризации, другой циклодекстрин – удерживает растущую полимерную. Циклодекстрины представляют собой углеводы, циклические олигомеры глюкозы, получаемые ферментативным путём из крахмала. В составе циклодекстринов остатки D-(+)-глюкопиранозы объединены в макроциклы за счет α-1,4-гликозидных связей.

Акира Харада (Akira Harada) из Университета Осака предпринял успешную попытку синтеза синтетической полимеразы, которая бы отличалась высокой эффективностью а также большей экологичностью, чем использующиеся в настоящее время катализаторы полимеризации. В качестве объектов исследования было решено изучить циклодекстрины – молекулы циклодекстрина уже применяются в качестве катализаторов.

Синтетическая полимераза из циклодекстринов позволяет получать полимеры допустимым с экологической точки зрения способом. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.201102834)

Харада отмечает, что при исследовании возможности применения циклических полиглигозидов, подобных циклодекстринам, в качестве катализатора, было обнаружено, что циклодекстрины не только играют роль катализаторов реакции, но и роль, близкую роли белков-шаперонов (шапероны – это белки, главная функция которых состоит в восстановлении правильной третичной структуры повреждённых белков, а также образование и диссоциация белковых комплексов).

Чтобы использовать с выгодой для себя вновь обнаруженный эффект Харада решил получить каталитически активные димеры циклодекстринов еще до того, как он осознал, что непреднамеренно скопировал природную работающую систему – ДНК-полимеразу. Харада говорит, что уже после создания синтетической системы на основе циклодекстринов он обнаружил в учебнике по биохимии упоминание о циклических полипептидах, похожих на разработанную исследователями циклодекстриновую систему. Комплекс ДНК-полимеразы включает в себя циклические белки-шапероны и полимеризация ДНК не протекает без участия циклических белков-шаперонов.

Харада поясняет, что в созданной им каталитической системе циклодекстрин, играющий роль шаперона, способствует процессу полимеризации – растущая цепь полимера продевается через макроцикл, медленно удаляется от активногоцентра полимеризации, за счет чего оказывается возможным получение полимера с большой молекулярной массой. Поскольку кооперативное взаимодействие двух циклодекстриновых систем протекает в отсутствие растворителей, процесс полимеризации оказывается более экологически чистым.

Питер Крегг (Peter Cragg), специалист по применению макроциклических соединений в качестве аналога ферментных систем из Университета Брайтона отмечает, что результаты работы Харады вносят существенный вклад не только в химию полимеризации, но и в понимание процесса полимеризации и воспроизводства молекулы ДНК – информация, полученная при изучении синтетической системы для катализа полимеризации на основе циклодекстринов сможет оказаться полезной и при интерпретации информации о процессах, в которых принимает участие ДНК.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.201102834

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #новые материалы, #суперструн теория, #химия полимеров