ملخصات الأبحاث

تفعيل روابط sp3C–H المحفز بالحديد

.R. Zhang et al

  • Published online:

على الرغم من وفرة روابط الكربون والهيدروجين (C–H) في الجزيئات العضوية، فإنها عادةً ما تُعتبر غير متفاعلة، وغير متاحة للتعديل الكيميائي.

بدأت التطورات الحديثة في تقنية تفعيل روابط الكربون والهيدروجين في تغيير هذا الفكر السائد، مع التأكيد على صعوبة وأهمية الإدراج الانتقائي لمجموعات الألكيل المرتبطة بذرات الكربون sp3sp3C-alkyl)) في هيكل هيدروكربوني.

 في البحث المنشور، يصف الباحثون محفزات قائمة على الحديد للألكلة بين الجزيئية بالانتقاء المضاد، والموضعي، والكيميائي لروابط sp3C–H، من خلال إدخال الكربين على روابط C–H. كما أن المحفزات، المشتقة من إنزيم «سيتوكروم بي450» الذي قد استعيض فيه عن ربيطة السيستين المحورية الأصلية بالسيرين «سيتوكروم بي411»، مشفرة جينيًّا بالكامل، وتُنتج في البكتيريا، حيث يمكن تعديلها بالتطور الموجه لتلائم النشاط والانتقاء.

وكون تلك البروتينات تنشط الحديد، الفلز الانتقالي الأكثر وفرة، لأداء هذا التفاعل الكيميائي، يوفر بديلًا نافعًا للمحفزات الفلزية النبيلة، التي هيمنت على مجال تفعيل روابط الكربون والهيدروجين. وتفعل الإنزيمات المطورة في المختبر ركائز متنوعة تحتوي على روابط كربون وهيدروجين بنزيلية، أو أليلية، أو ألفا-أمينية ذات إنتاجية عالية، وانتقاء ممتاز. وإضافة إلى ذلك، فقد أتاحت تطوير مسارات مختصرة لعدة منتجات طبيعية.

إن استخدام عامل أصلي من هيم الحديد مساعد لهذه الإنزيمات لتمكين ألكلة روابط sp3C–H، من المحتمل أن يتيح تحفيز هذا التحول غير البيولوجي من خلال مجموعة متنوعة من بروتينات الهيم الطبيعية، وبالتالي تيسير تطوير تفاعلات إنزيمية جديدة لتفعيل روابط الكربون والهيدروجين، حتى تكون قابلة للاستخدام في تطبيقات الكيمياء، وعلم الأحياء التخليقي.

شكل 1 | نظم تفعيل إنزيمية لروابط C–H أ، مثيلة مُحفَّزَة بإنزيمات SAM جذرية معتمدة على الكوبالامين، كما هو موضح من خلال Fom3 في التخليق الحيوي للفوسفوميسين. ب، أكسجة مُحفَّزَة عن طريق سيتوكروم بي450 مونو أحادي الأكسجينيز (أعلى الشكل) وتفاعل الألكلة المقترَح الذي يتحقق من خلال تحفيز بروتين الهيم  (أسفل الشكل). الرسوم التوضيحية البنيوية مأخوذة من بنك بيانات البروتين (PDB)، وID 5UL4 (إنزيم SAM جذري)، وPDB 2IJ2 (سيتوكروم بيBM3450). وAd ترمز إلى أدينوسيل، وCys ترمز إلى سيستيين، بينما R هي مجموعة عضوية، وX حمض أميني.

شكل 1 | نظم تفعيل إنزيمية لروابط C–H أ، مثيلة مُحفَّزَة بإنزيمات SAM جذرية معتمدة على الكوبالامين، كما هو موضح من خلال Fom3 في التخليق الحيوي للفوسفوميسين. ب، أكسجة مُحفَّزَة عن طريق سيتوكروم بي450 مونو أحادي الأكسجينيز (أعلى الشكل) وتفاعل الألكلة المقترَح الذي يتحقق من خلال تحفيز بروتين الهيم  (أسفل الشكل). الرسوم التوضيحية البنيوية مأخوذة من بنك بيانات البروتين (PDB)، وID 5UL4 (إنزيم SAM جذري)، وPDB 2IJ2 (سيتوكروم بيBM3450). وAd ترمز إلى أدينوسيل، وCys ترمز إلى سيستيين، بينما R هي مجموعة عضوية، وX حمض أميني.

كبر الصورة