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非天然氨基酸简介
分类 :新闻
发布时间 :2024-05-18
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蛋白质是生命体的重要组成部分,在维持细胞的正常生理功能中扮演着不可或缺的角色。它们由氨基酸这一基本组成单元通过特定的序列排列构成。组成人体蛋白质的基本天然氨基酸主要有20种,天然氨基酸拥有有限的功能性基团,如巯基、羟基、羧基、氨基等,这对于满足科学研究对蛋白质结构与功能日益增长的多样化需求而言,显得捉襟见肘。然而,非天然氨基酸( Unnatural Amino Acids,UAAs )的出现极大地丰富了这一领域。


非天然氨基酸是指动植物中不存在的、自然界稀少或者人工合成的氨基酸,它是天然氨基酸的衍生物,主要分为两大类,一类是结构与天然氨基酸结构相似的氨基酸类似物,体现在构型相反等方面,例如:D-丙氨酸、 D-苯丙氨酸、D-丝氨酸等,另一类是结构与天然氨基酸差异较大的氨基酸替代物。


非天然氨基酸具有结构多样的侧链基团和立体化学特性,在科学技术的发展和推动下,已被广泛应用于医药、食品、手性合成等众多领域。UAAs所携带的羰基、叠氮基、炔基、烯基、酰胺基、硝基、磷酸根、磺酸根等多样性功能基团,使得蛋白质可以进行更为复杂和多样化的修饰反应。


UAAs特异性强,对蛋白质原始结构的影响甚微,使其成为研究蛋白质结构和动态构象的有力工具,例如在蛋白质关键位点引入含氟氨基酸,可以有效观测到蛋白质在核磁中的信号,从而简化数据采集和分析过程。


此外,非天然氨基酸的引入可以改变蛋白质的理化性质,如pH值和温度稳定性等。在实际应用中,UAAs已被证实能有效改善酶的性能,包括提高酶活性和稳定性。例如,将L-(7-羟基香豆素-4-基)乙基甘氨酸或 L-(7-甲基香豆素-4-基)乙基甘氨酸取代磷酸三酯酶的第309位天然酪氨酸,可使该酶对对氧磷水解的催化活性在原本高效的基础上进一步提高8~11倍。另外,氟化氨基酸的掺入可以显著增强酶的热稳定性,如对氟苯丙氨酸磷酸酯酶即使在60℃的高温下仍可正常行驶功能而不受任何影响。


UAAs在生物医药领域具有广泛的应用前景,也是国内外合成肽类、类肽类药物的主要成分。


自发现青霉素以来,抗生素挽救了无数生命,被誉为是20世纪最重要的医学成就之一。然而,抗生素在人类和动物保健中的过度使用催生了抗生素耐药细菌的出现,尤其是多重耐药性的“超级细菌”,已对人类和动物健康构成了严重威胁。


抗菌肽(AMPs)是一类具有抗菌活性的碱性多肽物质,以其广谱抗菌的特点,和对某些耐药性病原菌的杀伤力而受到关注。非天然氨基酸的多样性结构在替代抗菌肽中的天然氨基酸后可以显著改变AMPs的结构和功能,如疏水性,电荷密度,活性等。Kang课题组通过在Cbf-14肽中用鸟氨酸替代赖氨酸,不仅大幅提升了其对青霉素耐药菌的抗菌活性,还降低了其对哺乳动物细胞的的细胞毒性。值得一提的是,非天然氨基酸还可以通过对抗菌肽的C或N的末端修饰来提高增强其抗菌功效、细胞选择性和肽稳定性等。例如,N-乙酰化修饰显著增强了W-MreB的抗菌功效和稳定性。


非天然氨基酸不仅在生物医药领域有着广泛的应用,还展现出卓越的有机催化特性。它们充当有机催化剂,相较于其他催化方法,通常具有无毒,稳定的特点,并且对水分和空气不敏感,对许多官能团展现出良好的耐受性。


在不对称合成领域,α-非天然氨基酸能够有效替代金属催化剂,实现高效的不对称合成反应。


Barbas 团队利用(2S,4R)-4-羟脯氨酸作为催化剂,成功催化了直链脂肪醛和亚胺之间的曼尼希反应,以优异的收率和立体选择性得到曼氏碱。


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此外,反式的4-羟基脯氨酸酯具有两亲性的特点,是一种表面活性剂,Zhong课题组利用这一特性特性在乳液体系中催化环己酮和芳香醛的不对称缩合反应,该策略不仅具有较高的立体选择性,还实现了较好的反应收率,为不对称合成提供了新的有力工具。


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另一类非天然氨基酸L-叔亮氨酸及其衍生物同样展现出催化不对称合成的能力,以较好的产率和立体选择性有效地催化了环己酮和芳香醛的不对称缩合反应。


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非天然氨基酸应用广泛,是众多领域具有重要价值和广阔前景的化合物,尽管它们的合成过程颇具挑战性,但随着科学技术的不断进步,未来必将会开发出高效绿色的合成方法,从而推动非天然氨基酸领域的不断发展。


昊帆生物在非天然氨基酸的研究和开发上已深耕多年,目前拥有数百种非天然氨基酸产品,下表展示了部分非天然氨基酸产品,欢迎有需求的客户来电垂询。


昊帆生物非天然氨基酸部分产品列表

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