Chiếc kéo phân tử

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Những phân tử có khả năng cắt đặc hiệu mạch polipeptide là một trong những công cụ quan trọng dùng trong sinh học phân tử. Công việc thiết kế chúng vẫn gặp nhiều khó khăn và cho đến nay chúng ta chưa tìm được nhiều phân tử có khả năng như những "chiếc kéo" tinh vi này. Việc thiết kế những "chiếc kéo" cũng không dễ dàng vì chúng phải mang phần nhận biết được vị trí cần cắt, gắn vào vị trí đó và sau cùng là giải phóng yếu tố hóa học để cắt mạch một cách đặc hiệu. Cho đến nay, các tín hiệu hóa học là cơ sở để thiết kế. Liệu có thể thay các yếu tố hóa học bằng các "công tắc" ánh sáng được không?

Nhóm nghiên cứu từ Đại học Connecticut (Mỹ), ĐH Srinakharinwirot và ĐH Mahidol (Bangkok, Thái Lan) đã cho ra đời những chiếc kéo có hai "nhánh" hóa học và phần nối là một phân tử có kích thước nhỏ.

Một nhánh của chiếc kéo chứa nhóm pyrenyl đặt trong "chiếc túi" protein. Bên kia là axít amin có khả năng gắn với bề mặt protein. Các nhà khoa học đã dùng thử chiếc kéo này để cắt hai protein là lysozyme và albumin (một protein trong huyết thanh).

Nhóm pyrenyl hấp thụ ánh sáng dẫn đến thay đổi sắp xếp các nguyên tử làm protein bị cắt tại vị trí đặc hiệu. Phản ứng cắt được hoạt hóa bằng ánh sáng sẽ được kiểm soát dễ dàng hơn so với cắt bằng nhân tố hóa học (vì điều khiển ánh sáng, ở mức độ nào đó so với điều chỉnh các phản ứng hóa học, dễ dàng như động tác vẩy tay để nhấn công tắc vậy!). Nhóm pyrenyl cũng có khả năng sản sinh ánh sáng quan sát được với cường độ thay đổi theo mức độ gắn kết của chiếc kéo với protein.

Việc thiết kế nhóm axít amin theo kiểu đối xứng gương có thể giúp chế tạo những chiếc kéo cắt theo một hướng duy nhất. Tuy vậy nhóm nghiên cứu cho rằng chiếc kéo của họ hoạt động chưa thật tốt khi cắt albumin nhưng vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách kéo dài phân tử nối hai "nhánh" của chiếc kéo.

Kết quả gợi ý rằng vị trí gắn của nhóm pyrenyl khác với vùng phản ứng của phân tử protein cần cắt sẽ giúp cho việc thiết kế những chiếc kéo có tính đặc hiệu cao.

Kết quả đăng trên Journal of Physcal Chemistry B 112 (30), 9258–9265, 2008

Tóm tắt

Chiral Protein Scissors Activated by Light: Recognition and Protein Photocleavage by a New Pyrenyl Probe

Strong chiral discrimination and site-selective photocleavage of two model proteins, lysozyme and bovine serum albumin (BSA), by new pyrenyl probes are reported here. The enantiomeric pyrenyl probes D-phenylalanine-1(1-pyrene)methylamide (PMA-D-Phe) and L-phenylalanine-1(1-pyrene)methylamide (PMA-L-Phe) were synthesized by coupling the carboxyl function of D-phenylalanine or L-phenylalanine with the amino group of 1(1-pyrene)methylamine. Binding affinities of the two enantiomers with the proteins were quantitated in absorption titrations. BSA indicated 10-fold selectivity for PMA-D-Phe, and the binding constants for the L- and D-enantiomers were 3.8 × 105 and 4.0 × 106 M−1, respectively. Lysozyme, similarly, indicated a 6-fold preference for PMA-D-Phe with binding constants of 3.3 × 105 and 2.0 × 106 M−1 for the L- and D-isomers, respectively. Such strong chiral discrimination illustrates the key role of the chiral center of the probe (Phe) in the binding interactions. The enantiomers were tested to examine how the chiral discrimination for their binding influences reactivity toward protein photocleavage. Irradiation of the probe−protein complexes, at 342 nm in the presence of hexammine cobalt(III) chloride, resulted in the cleavage of the protein backbone. Photocleavage did not proceed in the dark or in the absence of the pyrenyl probes. Both enantiomers indicated low reactivity with BSA (<5% yield), while large photocleavage yields (~57%) have been noted with lysozyme. This lysozyme photocleavage yield is a significant improvement over previous reports. However, both enantiomers cleaved lysozyme at the same location between Trp108-Val109, despite the strong chiral selectivity for binding. H-atom abstraction from Trp 108, accessible from the active site cleft, could initiate the observed peptide bond cleavage. [1]

10/11/2008 Nguyễn Bá Tiếp, các bài khác

Liên kết đến đây