Forscher erschaffen „unnatürliche“ Aminosäuren, die anders sind als alles, was in der Natur vorkommt

Ein Forscherteam hat Aminosäuren entwickelt, die anders sind als alles, was in der Natur vorkommt. Diese Entdeckung könnte zu neuartigen Proteintherapien und möglicherweise sogar zu neuen Zweigen der Chemie führen.

Aminosäuren sind Grundbestandteile von Proteinen, die in allen Pflanzen und Tieren vorkommen. Jedes Protein in unserem Körper besteht aus den gleichen 20 Aminosäurebestandteilen, die alle in der Natur vorkommen.

Neue Experimente von Forschern der University of Pennsylvania zeigen jedoch, dass die basischen Aminosäuren, die in unserer Welt natürlich vorkommen und im Volksmund als „Bausteine ​​des Lebens“ angesehen werden, nicht die einzigen sind, die existieren können.

Eine Studie des Teams, die am 27. Juli in Science erschien, hat eine neue Methode zur Herstellung von Aminosäuren enthüllt, die den Forschern zufolge sowohl in der Natur als auch in der organischen Chemie völlig neu ist.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass einige von lebenden Organismen produzierte Substanzen, die als Katalysatoren für chemische Reaktionen dienen (auch Enzyme genannt), in Kombination mit reaktiven Substraten ihre normale Leistungsfähigkeit übertreffen können.

Neben Substraten kann auch Licht dazu beitragen, die Reaktionen unter solchen Bedingungen zu steigern. In ihrer aktuellen Forschungsstudie erfuhr das Team der University of Pittsburg, dass sie durch die Kombination eines manipulierten Tryptophan-Enzyms, das als Katalysator fungiert (bekannt als Synthase), mit einem organischen lichtreaktiven Katalysator mehrere Aminosäuren erzeugen konnten, die in der Natur nie vorkommen .

„Dies ist eine völlig neue Transformation“, so Peng Liu, Professor für Chemie an der Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences der University of Pittsburg.

Liu war zusammen mit seinem Kollegen Binh Khanh Mai (Bild oben) korrespondierender Autor des jüngsten Science-Artikels.

„Einem Enzym zu sagen, dass es eine unnatürliche Konfiguration einer Aminosäure erzeugen soll, ist ungewöhnlich“, sagte Liu in einer Erklärung, die auf der Website der Universität erschien, und fügte hinzu, dass „man es mit sorgfältiger Biotechnik tun muss.“

Durch die Veränderung eines Teils eines Proteins können Wissenschaftler sowohl die Form als auch die Funktion von Aminosäuren verändern, ein Aspekt der Chemie, der weitreichende Auswirkungen auf eine Vielzahl wissenschaftlicher Bereiche haben könnte.

Dies im Labor zu erreichen ist jedoch keine einfache Aufgabe. In der Vergangenheit mussten Forscher Teile von Molekülen chemisch umwandeln, während Teile von Aminosäuren, die sie miteinander verknüpften und Proteinketten bildeten, geschützt wurden.

In ihrer Arbeit beschreiben Liu und das Team der University of Pittsburg in Zusammenarbeit mit Forschern der UC Santa Barbara die Suche nach einer einfacheren Methode, bei der sie eine chemische Komponente namens PLP-Enzym auf neuartige Weise verwendeten, was zu dem führte, was Liu als „völlig neue Methode“ bezeichnet Reaktion."

Zunächst nutzte das Team Computersimulationen, um zu verstehen, wie verschiedene chemische Reaktionen ablaufen, und lieferte neue Erkenntnisse über das Verhalten von Teilchen, einschließlich der Entfernung, die ein Elektron zwischen einem Molekülpaar zurücklegen muss.

„Wir mussten die Wahrscheinlichkeit dafür sorgfältig modellieren“, berichtet Liu, „weil dies der Schritt ist, der in der Natur neu ist und den gesamten Reaktionsmechanismus unterstützt.“

Mit Hilfe des Center for Research Computing der University of Pittsburg konnte das Team Simulationen der erforderlichen Komplexität durchführen, die es ihnen ermöglichten, Supercomputer einzusetzen, um den feineren Prozess zu entschlüsseln, der bei chemischen Reaktionen abläuft.

Liu sagt, dass dieser neue Prozess möglicherweise unzählige unnatürliche Aminosäuren erzeugen kann, was die Frage aufwirft, ob Forscher ihn auch zur Entwicklung anderer neuartiger chemischer Reaktionen nutzen könnten.

Obwohl die Entdeckung „unnatürlicher“ Aminosäuren an sich schon ein faszinierender Durchbruch ist, ist dies nach Angaben des Forscherteams nur ein erster Schritt hin zu einem umfassenderen Verständnis der Funktionsweise dieser chemischen Reaktionen, die von der Entstehung an bei allen Aspekten von Nutzen sein könnten von innovativen neuen Medikamenten bis hin zu therapeutischen Anwendungen und vielem mehr.

Die Arbeit von Liu und dem Team „Stereoselektive Aminosäuresynthese durch synergistische Photoredox-Pyridoxal-Radikal-Biokatalyse“ erschien am 27. Juli 2023 in Science.

Micah Hanks ist Chefredakteur und Mitbegründer von The Debrief. Er ist per E-Mail unter erreichbar[email protected] . Verfolgen Sie seine Arbeit untermicahhanks.comund auf Twitter:@MicahHanks.