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从药物多肽到蛋白质全合成:酶促拼接的方法原理与前沿应用

2021-03-18杨新宇朱彤李瑞峰吴边

合成生物学 2021年1期
关键词:方法

杨新宇,朱彤,李瑞峰,吴边

(1 中国科学院微生物研究所,中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室,微生物资源前期开发国家重点实验室,北京 100101;2 中国科学院大学生命科学学院,北京 100049)

自20 世纪20 年代人类发现胰岛素以来,蛋白多肽类药物在体液调节、抗菌、抗炎、抗病毒及抗肿瘤等临床应用方面的重要性愈加显著[1-3]。截至2017年,全世界已有60多种多肽类药物获批上市,并以平均每年1种的速度持续增长[4-5]。虽然以重组表达为代表的现代分子生物学技术能够高效生产重组蛋白且可掺入个别非天然氨基酸,但难以合成含有多种非天然氨基酸的人工设计多肽与蛋白质[6-7]。目前多肽固相合成法仍是便捷获取非天然多肽的主要途径,然而该方法能够合成的多肽长度一般限于30~50个氨基酸残基,研究人员需要将多个多肽片段顺次拼接从而获得完整目标蛋白[8-9]。除此之外,许多待研究的多肽或蛋白质分子需要在特定位点连接寡糖链、脂类分子、核酸、荧光分子或另一个蛋白质分子等多样的功能基团。为了降低这些蛋白质的合成难度与成本,研究者采取了半合成策略,即利用化学方法合成一段带有功能基团的短肽,再将该片段与重组表达的蛋白质连为一体[10-11]。两段合成多肽的拼接以及蛋白质半合成均极具挑战,其难点在于需要保证酰胺缩合反应的区域选择性,同时必须抑制末端氨基酸残基的外消旋化副反应[12]。因此,探索具有严格区域选择性且尽可能避免外消旋的多肽拼接方法成为了蛋白质化学合成与修饰领域近年来的研究焦点。……

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