研究人员创造出产量和一致性更高的含ADP或ATP 的分子

发布时间：2024-10-25 10:10:59 栏目：精选知识

导读 含有腺苷二磷酸 (ADP) 或腺苷三磷酸 (ATP) 的重要生物分子可以修饰蛋白质和核酸等大分子，从而改变其在细胞中的功能。然而，使用传统方

含有腺苷二磷酸 (ADP) 或腺苷三磷酸 (ATP) 的重要生物分子可以修饰蛋白质和核酸等大分子，从而改变其在细胞中的功能。然而，使用传统方法合成含有 ADP 和 ATP 的分子具有挑战性。一种新的化学反应大大提高了反应过程中合成的含有 ADP 和 ATP 的分子的数量，使研究人员能够利用这些分子并更好地了解它们在细胞中的功能。



传统的生成含 ADP 和 ATP 分子的方法存在许多缺点，包括程序复杂、干燥条件、低重现性和反应产率低。此外，许多这些反应只能容纳一小部分可以构建 ADP 或 ATP 框架的分子，从而限制了它们的实用性。

为了解决这个问题，一个研究小组开发了一种新的化学反应，可以可靠地高产率地生产含有 ADP 和 ATP 的分子。为此，该团队修改了一种偶联反应，以创建含有 ADP 和 ATP 的分子，包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD +，一种参与能量代谢的分子)类似物。

该团队在7月19日出版的 《化学：欧洲期刊》上发表了这项研究。

“传统偶联反应的问题在于，在化学合成含有 ADP 和 ATP 的分子时，缺乏可重复性，而这些分子是分子水平研究所必需的，需要通过传统方法阐明其详细的生物学功能。这种可重复性的缺乏是由于高极性含磷酸盐底物中含有水分，” 日本岐阜大学糖核研究所 ( iGCORE ) 和联合农业科学研究生院副教授、论文的资深作者Hide-Nori Tanaka说道。

构建 ADP 或 ATP 框架的传统方法通常需要磷酸保护基来掩盖分子上可能干扰反应的功能基团的化学性质。在这种情况下，保护基是必要的，以保护带负电荷的磷酸基团不与水相互作用。一旦发生偶联反应，这些保护基随后需要被去除。

另外，其他反应使用 2-( N -咪唑基)-1,3-二甲基咪唑啉氯化物 (ImIm-Cl) 在一个磷酸盐和另一个磷酸盐之间形成焦磷酸键(当两个磷酸盐结合时会失去一个水分子)，而无需保护基。然而，这些反应限制了可以连接到 ADP 的分子，并且产量不高。

田中说：“为了解决(合成)问题，我们开发了一种高效可靠的方法，通过使用水解稳定的磷酸盐活化试剂进行无保护基反应，可以重现、高产量地获得含 ADP 和 ATP 的分子。”

具体来说，研究团队通过修改 ImIm-Cl 来创建更有效的偶联反应，使分子在水中稳定，从而消除了含水量问题。为了实现这一点，研究人员在 ImIm-Cl 中引入了一个小甲基 (-CH 3 )，制成了 ImIm-Cl 类似物 2-MeImIm-Cl，它具有疏水性，在水中几乎不水解。

值得注意的是，使用 2-MeImIm-Cl 优化的偶联反应对各种不同的分子都实现了高产量。ADP-核糖(核糖是一种 5 碳糖)衍生物的产量在 55% 到 75% 之间。NAD + 类似物的产量达到 53% 到 84%。高难度的 ATP 形成的产量在 46% 到 67% 之间。代表更大分子偶联的 ADP-核糖肽也以 65% 到 70% 的产量生成。

新反应提高了传统偶联方法的效率、产量和复杂性，为研究人员提供了一种合成含 ADP 和 ATP 分子的更实用的方法。“下一步是利用这种方法合成结构多样、定义明确的含 ADP 和 ATP 生物分子，如 ADP-核糖肽/蛋白质、核苷寡磷酸盐和寡/聚 ADP-核糖。我们的最终目标是利用合成分子的化学生物学方法阐明它们的详细功能，”田中说。

来自日本岐阜大学联合农学研究院的 Rui Hagino、来自岐阜大学应用生物有机化学系的 Ryo Kuwabara、来自岐阜大学糖核心研究所 (iGCORE) 的 Naoko Komura、来自 iGCORE、岐阜大学联合农学研究院和应用生物有机化学系的 Akihiro Imamura 和 Hideharu Ishida，以及来自 iGCORE 和岐阜大学联合农学研究院的 Hiromune Ando 也参与了这项研究。

这项研究得到了日本学术振兴会 KAKENHI 资助编号 JP18H03942、JP22H00359、JP18K05461 和 JP21K05401、日本学术振兴会核心到核心计划资助编号 JPJSCCA20200007 和 JST CREST 资助编号 PMJCR18H2、宇部兴产会和三得利生命科学会的支持。