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科学:化学家模仿能量分子

作者:魏铅    发布时间:2017-11-22 01:28:22    

作者:DAVID BRADLEY法国化学家已经开发出一种反应,它复制了生物学中最重要的化合物之一的形成方式他们说,他们的工作可能导致设计新的化学合成试剂和新的分子催化剂(人工酶),以加速太慢而无用的反应三磷酸腺苷(ATP)是植物,动物和细菌能量转移的核心位于斯特拉斯堡路易斯巴斯德大学Le Bel研究所的Jean-Marie Lehn和Mir Wais Hosseini研究了ATP,二磷酸腺苷或ADP的天然前体的反应他们希望他们的研究能够帮助他们理解为什么涉及ATP的自然过程是如此有效磷酸盐,如ATP和ADP,在生物系统中很重要,因为PO 4 3 - 基团很容易在它们之间转移伴随这种转移的能量变化构成了新陈代谢中食物释放能量的基础能量丰富的化合物,如碳水化合物,被酶分解,最终导致废物二氧化碳和水在这些复杂反应的每个阶段,ADP通过碳水化合物及其衍生物的能量转移转化为ATP具有额外磷酸盐的ATP具有“能量丰富”,并提供驱动数百种生化反应的能力通过将ATP转换回ADP释放的能量导致肌肉收缩,将营养物质跨细胞膜运输并驱动有用化合物(如激素和氨基酸)的生物合成甚至遗传物质DNA也依靠ATP来获得它需要复制的能量 Lehn和Hosseini在所谓的大环化合物和金属离子如镁(Mg 2+)或钙(Ca 2+)存在下使ADP与有机化合物乙酰磷酸反应他们发现大环,1,13-二氧杂-4,7,10,16,19,22-六氮杂环四烯 - 癸烷(或简称(24)-N6 O2),基本上是碳,氧和氮的环原子,加速ADP向ATP的转化,而不会在反应结束时发生变化这是一个模拟酶催化的自然过程的过程在早期的研究中,Lehn和他的同事们发现,大环(24)-N6 O2实际上催化了ATP的分解,而不是形成酶ATP酶在体内完成这项工作幸运的是,他们注意到大环不仅加速了ATP的分解,而且还可以将磷酸盐(PO4 3-)基团添加到反应混合物中存在的其他化合物中如果大环可以做到这一点,它可以将二磷酸腺苷转化为三磷酸腺苷吗化学家们尝试在40°C和pH7的水中进行反应通过添加镁离子,他们发现大环化合物可以通过从乙酰磷酸转移磷酸基团来介导从ADP到ATP的转化微调将使该过程在体温(37°C)下工作,他们希望(Journal of the Chemical Society,Chemical Communications,1991,p 451) Lehn和Hosseini使用称为磷-31核磁共振光谱(31P NMR)的技术跟踪反应这种技术帮助他们计算出中间化合物的结构然后他们可以推断出宏周期可能起作用的机制研究人员认为,大环首先与乙酰磷酸结合,后者将其磷酸基团转移到环中的氮原子上,形成中间体化合物,即所谓的氨基磷酸酯然后ADP分子与中间体结合接下来,镁离子在磷酸基团中的氧原子之间形成“桥”该系统的三个组成部分现在可以借助“桥接”镁离子作出反应大环上的磷酸基团从ADP上的环“迁移”到末端磷酸盐 Lehn认为氨基磷酸酯和镁离子是ATP形成的一种“模板”,因此将二磷酸腺苷转化为三磷酸腺苷然后,ATP可以自由浮动,然后再次开始流程(见图) Lehn说,虽然这些模仿自然的尝试与酶法相比是“原始的,但结果令人鼓舞”该过程的一个可能的额外好处可能是ATP的“放射性标记”通过将放射性磷原子结合到系统中,

 

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