蛋白质功能化新策略_嵌入非天然氨基酸_张春秋VIP免费

第24卷第4期2012年4月化学进展PROGRESSINCHEMISTRYVol．24No．4Apr．，2012收稿:2011年8月，收修改稿:2011年12月*国家自然科学基金项目(No．91027023，20874036，20921003，21004028)、国家杰出青年基金项目(No．20725415)和国家重点基础研究发展计划(973)项目(No．2007CB808006)资助＊＊Correspondingauthore-mail:junqiuliu@jlu．edu．cn;luoquan@jlu．edu．cn蛋白质功能化新策略:嵌入非天然氨基酸*张春秋罗全＊＊刘俊秋＊＊沈家骢(吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室长春130012)摘要天然蛋白质由20种天然氨基酸组成，这些蛋白质的构筑基元包含功能基团:羧基、氨基、巯基、硫醚、羟基、碱性胺、烷基和芳基。然而，这些有限的功能基团却不足以完成生物体内所有的生物学功能。为了更好地让生命的体现者———蛋白质完成更加精确和多样的生物学功能，自然界会对蛋白质进行翻译后的修饰，包括:磷酸化，甲基化，乙酰化或者羟基化，甚至在某些情况下，进化出一种新型的翻译机制以便插入硒代半胱氨酸或者吡咯霉素。受此启发，生物化学家发展出各种生物或化学方法来改变或插入新的蛋白质构筑基元，使天然蛋白质完成其相应的生物学功能或者使其具有某些特殊的性质，甚至是创造一种新酶。该文将简单介绍这些蛋白质修饰策略以及该领域的最新进展。关键词天然氨基酸非天然氨基酸蛋白质中图分类号:O629.7;Q51文献标识码:A文章编号:1005-281X(2012)04-0577-12NewStrategiesforProteinFunctionalization:InsertingUnnaturalAminoAcidsintoProteinsZhangChunqiuLuoQuan＊＊LiuJunqiu＊＊ShenJiacong(StateKeyLaboratoryofSupramolecularStructureandMaterials，JilinUniversity，Changchun130012，China)AbstractAlthough20naturalaminoacidsservedasthebuildingblocksofproteinscontainseveralfunctionalgroupsincludingcarboxylicacids，amides，thiols，thiolethers，alcohols，basicamines，andalkylandarylgroups，theyarestillunabletocarryoutallofthenaturalfunctions．Inordertoimprovetheprecisionanddiversityofproteintoperformthebiologicalprocesses，organismshaveprovidedavarietyofposttranslationalmodificationsincludingphosphorylation，methylation，acetylation，andhydroxylation，evenevolvednoveltranslationalmachinerytoincorporateeitherselenocysteineorpyrrolysine．Inspiredbybiologicalsystem，manybiologicalorchemicalmethodshavebeendevelopedtoalterorinsertnewbuildingblocksintoprotein，whichenableproteintoperformrelevantfunctionsorhavesomespecialproperties，evencreateanewkindofenzyme．Here，wegiveabriefoverviewofthestrategiesforproteinmodificationandthelatestprogressinthisfield．Keywordsnaturalaminoacids;unnaturalaminoacids;proteinsContents1Introduction2Chemicalapproaches2.1Chemicalmodificationofproteins2.2Chemicalsynthesis2.3Semisynthesis3Biosyntheticapproachesinvitro·578·化学进展第24卷4Biosyntheticapproachesinvivo4.1Incorporatingunnaturalaminoacidsintoproteinsusingauxotrophicbacterialstrains4.2Expandinggeneticcode5Functionalizationandapplications5.1‘Click’chemistry5.2Alkyneandazidefunctionalization5.3Ketoandaldehydefunctionalization5.4Alkenefunctionalization5.5Otherfunctionalunnaturalaminoacids6Conclusionandprospects1引言蛋白质作为所有生物体的功能体现者，在生命体系中扮演着极其重要的角色。他们不仅是细胞结构的构筑单元和细胞新陈代谢的催化剂，而且在细胞内、外信号传导，细胞形态学和稳定性中都发挥着非常重要的作用。而这些功能的执行，往往需要对蛋白质特殊位点进行翻译后修饰。原则上，化学家和生物化学家已经能够合成任何有机小分子。但是，操纵和改变蛋白质组分的手段还相当有限。由于蛋白质在生命体系中的重要地位以及在生物材料学上所表现出来的独特性能，越来越多的生物化学家将目光转移到蛋白质的组分改造以及相关应用上来。对于大多数的蛋白质来说，目...