Ligacja chemiczna

Ligacja chemiczna to chemoselektywna kondensacja niezabezpieczonych peptydowych , segmentów możliwa dzięki utworzeniu nienatywnego wiązania w miejscu ligacji.

Ligację chemiczną zwykle przeprowadza się w roztworze wodnym. Wiele następujących po sobie reakcji chemicznej ligacji może być wykorzystanych do wytworzenia białek o typowej wielkości spotykanej w Naturze, tj. z łańcuchami polipeptydowymi zawierającymi 200-300 aminokwasów , wytworzonych w drodze całkowitej syntezy.

Zasada ligacji chemicznej

Koncepcja „ligacji chemicznej” została wprowadzona przez Kenta na początku lat 90. Składał się z nowatorskiego podejścia do kowalencyjnej kondensacji niezabezpieczonych segmentów peptydowych za pomocą „unikalnych, wzajemnie reaktywnych grup funkcyjnych, po jednej na każdym reagującym segmencie peptydowym, zaprojektowanych tak, aby reagowały tylko ze sobą, a nie z żadną z grup funkcyjnych znalezionych w ( natywne) peptydy''. Chemiczna ligacja niezabezpieczonych peptydów jest możliwa dzięki utworzeniu nienaturalnego ugrupowania, tj. wiązania niepeptydowego , łączącego dwa segmenty peptydowe w produkcie ligacji. Została pomyślana jako ogólna metoda, która znacznie uprościłaby chemiczną syntezę cząsteczek białek i umożliwiła zastosowanie całego repertuaru chemii do świata białek.

Natywna ligacja chemiczna

Najbardziej praktyczną i solidną metodą chemoselektywnej reakcji niezabezpieczonych peptydów jest natywna ligacja chemiczna . Oryginalne metody ligacji chemicznej obejmowały tworzenie nienatywnego wiązania w miejscu ligacji. Następnie opracowano natywną ligację chemiczną . W natywnej ligacji chemicznej niezabezpieczony tioester peptydu reaguje z N-końcową cysteiną drugiego peptydu, dając produkt ligacji, w którym wiązanie natywnego peptydu łączy dwa segmenty peptydowe. tworzą wiązanie amidowe . Natywna ligacja chemiczna pokonuje ograniczenia klasycznej syntetycznej chemii organicznej w podejściu do całkowitej syntezy białek i umożliwia rutynową całkowitą lub półsyntezę cząsteczek białka.

Natywna ligacja chemiczna opiera się na obecności reszty cysteiny w miejscu ligacji. Sposoby wykorzystujące usuwalne grupy pomocnicze mogą w niektórych przypadkach rozszerzyć zastosowanie natywnej ligacji chemicznej na reszty inne niż cysteinowe, podobnie jak zastosowanie odsiarczania po ligacji (np. przekształcenie Cys w ​​Ala).

Wyrażona ligacja białek

Wykorzystując naturalnie występujące inteiny możliwe jest wytworzenie rekombinowanego C-końcowego tioestru polipeptydu . Umożliwia to stosowanie dużych tioestrów pochodzących z rekombinowanych białek w natywnej ligacji chemicznej. Zrekombinowany tioester można zligować z syntetycznym peptydem zawierającym N-końcową cysteinę. Natywna ligacja chemiczna tego rodzaju przy użyciu rekombinowanych C-końcowych tioestrów jest znana jako ekspresjonowana ligacja białek . Ekspresję rekombinacyjną można również zastosować w celu uzyskania polipeptydu Cys do zastosowania w natywnej ligacji chemicznej.

Podwiązanie Staudigera

Ligacja Staudingera, opisana po raz pierwszy w 2000 r., w zasadzie umożliwia ligację segmentów peptydowych niezależnych od końcowych aminokwasów. Metoda opiera się na reakcji Staudingera . Ligacja Staudingera jest nadal rozwijana, ale nie znalazła jeszcze szerokiego zastosowania.

Ligacja Ser/Thr

Ligacja Ser/Thr została wprowadzona do syntezy chemicznej białek jako alternatywna natywna metoda ligacji chemicznej. Ligacja seryna / treonina obejmuje kondensację niezabezpieczonego segmentu peptydowego łańcucha bocznego zawierającego C-końcowy ester aldehydu salicylowego i innego segmentu peptydowego z N-końcową resztą Ser lub Thr. Chemoselektywna reakcja między peptydowym estrem aldehydu salicylowego i grupą 1,2-hydroksyloaminy Ser lub Thr prowadzi do powstania N,O-benzylideno -acetalowego związku pośredniego, który ulega kwasolizie, dając naturalne peptydowe wiązanie Xaa-Ser/Thr. Ligacja Ser/Thr zapewnia uzupełniającą metodę chemicznej syntezy i półsyntezy białek.

  • Schnölzer M, Kent SB. 1992 , „Konstruowanie białek przez łączenie niezabezpieczonych peptydów syntetycznych: proteaza HIV o konstrukcji szkieletowej”. nauka . 256:221-5
  • Dawson PE, Muir TW, Clark-Lewis I, Kent SB. 1994 , „Synteza białek metodą natywnej ligacji chemicznej”. nauka . 266:776-9.
  • Muir TW. 2003, „Półsynteza białek przez ekspresję ligacji białek”. Annu Rev Biochem . 72:249-89.
  • Nilsson BL, Soellner MB, Raines RT. 2005 , "Chemiczna synteza białek". rok Wielebny Biophys. Biomol. Struktura. 34:91-118
  • Bang D, Pentelute BL, Kent SB. 2006 , "Ligacja kontrolowana kinetycznie dla konwergentnej syntezy chemicznej białek." Angew Chem Int Ed Engl. 45:3985-8.
  • Kent SB. 2009 , „Całkowita synteza chemiczna białek”. Chem.Soc.Rev. 38, 338–351. doi : 10.1039/b700141j .
  • Zhang Y, Xu C, Kam HY, Lee CL, Li X. 2013 , „Chemiczna synteza białek przez ligację seryny/treoniny”. proc. Natl. Acad. nauka USA. 17:6657-6662

Linki zewnętrzne

  • Aldrich, Ligacja chemiczna ChemFiles 2008 Cz. 8, nr 1, podając przegląd nowoczesnych metod ligacji chemicznej i literatury.