Молекулярный пинцет


Молекулярные пинцеты и молекулярные зажимы хозяева представляют собой молекулы- с открытыми полостями, способными связывать молекулы-гости. [ 3 ] Открытая полость молекулярного пинцета может связывать гостей с помощью нековалентной связи, которая включает водородную связь , координацию металлов , гидрофобные силы , силы Ван-дер-Ваальса , π-π-взаимодействия и/или электростатические эффекты. Эти комплексы представляют собой подмножество макроциклических молекулярных рецепторов , и их структура такова, что два «плеча», связывающие между собой молекулу-гость, соединены только на одном конце, что приводит к определенной гибкости этих молекул рецептора (модель индуцированного соответствия).
История
[ редактировать ]Термин «молекулярный пинцет» впервые использовал Уитлок. [ 4 ] Класс хостов был разработан и популяризирован Циммерманом в середине 1980-х - начале 1990-х годов. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] а позже Клернер. [ 8 ]
Примеры
[ редактировать ]Некоторые молекулярные пинцеты связывают ароматических гостей. [ 1 ] Эти молекулярные пинцеты состоят из пары антраценовых рычагов, удерживаемых на расстоянии, которое позволяет ароматическим гостям получать π–π-взаимодействия от обоих (см. Рисунок). Другие молекулярные пинцеты содержат пару связанных порфиринов . [ 9 ]
Еще один тип молекулярных пинцетов связывает фуллерены . [ 2 ] Такие « бакикетчеры » состоят из двух кораннуленовых клешней, которые дополняют поверхность выпуклого фуллеренового гостя (рис. 2). ( Константа ассоциации Ka ) 8600 M. −1 был рассчитан с использованием 1 H ЯМР спектроскопия .
Штёрмер и его коллеги описали щели, способные захватывать молекулы циклогексана или хлороформа. Интересно, что пи-взаимодействия сыграли ключевую роль в захвате гостей, а также в скорости образования расщелин. [ 10 ]

Водорастворимые фосфатзамещенные молекулярные пинцеты, состоящие из чередующихся фенильных и норборненильных заместителей, связываются с положительно заряженными алифатическими боковыми цепями основных аминокислот, таких как лизин и аргинин (рис. 3). [ 11 ] [ 12 ] Подобные соединения, называемые «молекулярными зажимами», боковые стенки которых скорее плоские, чем выпуклые, предпочитают заключать плоские пиридиниевые кольца (например, никотинамидное кольцо НАД(Ф)+) между своими плоскими нафталиновыми боковыми стенками (рис. 4). [ 13 ] Эти взаимоисключающие способы связывания делают эти соединения ценными инструментами для исследования важнейших биологических взаимодействий боковых цепей основных аминокислот в пептидах и белках, а также НАД(Ф). + и подобные кофакторы. Например, оба типа соединений ингибируют реакции окисления этанола алкогольдегидрогеназой или глюкозо-6-фосфата глюкозо -6-фосфатдегидрогеназой . [ 14 ] соответственно.

Молекулярные пинцеты, а не зажимы, эффективно подавляют образование токсичных олигомеров и агрегатов амилоидогенных белков, связанных с различными заболеваниями. Примеры включают белки, участвующие в болезни Альцгеймера – амилоидный β-белок (Aβ) и тау; [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] α-синуклеин, который, как полагают, вызывает болезнь Паркинсона и другие синуклеинопатии. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] и участвует в травме спинного мозга ; [ 22 ] мутантный хантингтин, вызывающий болезнь Хантингтона; [ 23 ] островковый амилоидный полипептид (амилин), который убивает β-клетки поджелудочной железы при диабете 2 типа ; [ 24 ] транстиретин (TTR), который вызывает семейную амилоидную полинейропатию, семейную амилоидную кардиомиопатию и старческий системный амилоидоз; [ 25 ] склонные к агрегации мутанты белка-супрессора опухолей р53 ; [ 26 ] и белки спермы, агрегация которых усиливает ВИЧ- инфекцию. [ 27 ] Важно отметить, что молекулярные пинцеты оказались эффективными и безопасными не только в пробирке, но и на животных моделях различных заболеваний. [ 28 ] [ 29 ] предполагая, что их можно разработать в качестве лекарств против заболеваний, вызванных аномальной агрегацией белков, от которых в настоящее время не существует лечения. Также было показано, что они разрушают мембраны оболочечных вирусов, таких как ВИЧ, герпес и гепатит С. [ 27 ] что делает их хорошими кандидатами для разработки микробицидов.
Приведенные выше примеры показывают потенциальную реакционную способность и специфичность этих молекул. Полость для связывания между боковыми концами пинцета может развиваться для связывания с подходящим гостем с высокой специфичностью, в зависимости от конфигурации пинцета. Это делает этот класс макромолекул по-настоящему синтетическими молекулярными рецепторами, имеющими важное применение в биологии и медицине. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б А. Петижан; Р.Г. Хури; Н. Кирицакас; Дж. М. Лен (2004). «Динамические устройства. Переключение формы и связывание подложки в ионно-управляемых наномеханических молекулярных пинцетах». Дж. Ам. хим. Соц. 126 (21): 6637–6647. дои : 10.1021/ja031915r . ПМИД 15161291 .
- ^ Перейти обратно: а б А. Сыгула; Ф.Р. Фрончек; Р. Сыгула; П.В. Рабидо; ММ Олмстед (2007). «Двойной вогнутый углеводородный ловец». Дж. Ам. хим. Соц. 129 (13): 3842–3843. дои : 10.1021/ja070616p . ПМИД 17348661 . S2CID 25154754 .
- ^ Ардуэн-Леруж, М.; Юдомм, П.; Салле, М. (2011). «Молекулярные зажимы и пинцеты для нейтральных гостей» (PDF) . Обзоры химического общества . 40 (1): 30–43. дои : 10.1039/B915145C . ПМИД 21038068 .
- ^ Чен К.-В.; Уитлок Х.В. «Молекулярный пинцет - простая модель бифункциональной интеркаляции», J. Am. хим. Соц. 1978, 100, 4921
- ^ Циммерман, Южная Каролина; ВанЗил, CM «Жесткие молекулярные пинцеты: синтез, характеристика и химия комплексообразования диакридина», J. Am. хим. Соц. 1987, 109, 7894.
- ^ Циммерман, Южная Каролина; Ву, В. «Жесткий молекулярный пинцет с активным центром карбоновой кислоты: исключительно эффективный рецептор аденина в органическом растворителе», J. Am. хим. Соц. 1989, 111, 8054.
- ^ Циммерман, SC «Жесткие молекулярные пинцеты как хозяева для комплексообразования нейтральных гостей», Вверх. Курс. хим. 1993, 165, 71.
- ^ Ф.-Г. Клернер и Б. Калерт (2003). «Молекулярные пинцеты и зажимы как синтетические рецепторы. Молекулярное распознавание и динамика в рецептор-субстратных комплексах». Акк. хим. Рез. 36 (12): 919–932. дои : 10.1021/ar0200448 . ПМИД 14674783 . S2CID 29313731 .
- ^ С. Хуан; Н. Фудзиока; Г. Пескителли; Ф. Коэн; РТ Уильямсон; К. Наканиши; Н. Берова (2002). «Абсолютные конфигурационные назначения вторичных аминов с помощью CD-чувствительного димерного цинк-порфиринового хозяина». Дж. Ам. хим. Соц. 124 (17): 10320–10335. дои : 10.1021/ja020520p . ПМИД 12197735 . S2CID 33852448 .
- ^ Стермер, Мартин Дж.; Викрамасингхе, Васанта А.; Байриэль, Карл А.; Хоклесс, Дэвид CR; Скелтон, Брайан В.; Соболев Александр Н.; Уайт, Аллан Х.; Мак, Джеффри Ю.В.; Фэрли, Дэвид П. (08 декабря 2017 г.). «Стереоэлектронные эффекты на разделение диенофилов влияют на синтез молекулярных щелей Дильса-Альдера» (PDF) . Европейский журнал органической химии . 2017 (45): 6793–6796. дои : 10.1002/ejoc.201701319 . ISSN 1099-0690 .
- ^ М. Фоккенс, Т. Шрейдер и Ф. Г. Клернер. Молекулярный пинцет для лизина и аргинина. Дж. Ам. хим. Соц. 2005 г.; 127: 14415–14421.
- ^ П. Тальберский; Ф. Бастковский; Ф.-Г. Клернер; Т. Шредер (2008). «Молекулярный зажим и пинцет открывают новые механизмы ингибирования ферментов». Дж. Ам. хим. Соц. 130 (30): 9824–9828. дои : 10.1021/ja801441j . ПМИД 18605724 .
- ^ Я. Полковска; Ф. Бастковский; Т. Шредер; Ф.-Г. Клернер; Дж. Зиенау; Ф. Козиол; К. Оксенфельд (2009). «Комбинированное экспериментальное и теоретическое исследование рН-зависимого способа связывания НАД+ водорастворимыми молекулярными зажимами». Дж. Физ. Орг. Хим . 22 (30): 779–790. дои : 10.1002/poc.1519 .
- ^ М. Кирш; П. Тальберский; Я. Полковска; Ф. Бастковский; Т. Шаллер; Х. де Гроот; Ф.-Г. Клернер; Т. Шрейдер (2009). «Механизм эффективного ингибирования G6PD молекулярным зажимом». Энджью. хим. Межд. Эд. 48 (16): 2886–2890. дои : 10.1002/anie.200806175 . ПМИД 19283805 .
- ^ С. Синха, Д.Х.Дж. Лопес, З. Ду, Э.С. Панг, А. Шанмугам, А. Ломакин, П. Тальбирски, А. Теннстедт, К. МакДэниел, Р. Бакши, П. Ю. Куо, М. Эрманн, ГБ Бенедек, Дж. А. Лу, Ф. Г. Клернер, Т. Шрейдер, К. Ван и Джи Битан. Лизин-специфичные молекулярные пинцеты являются ингибиторами агрегации и токсичности амилоидных белков широкого спектра действия. Дж. Ам. хим. Соц. 2011 г.; 133(42): 16958–16969 .
- ^ С. Синха, З. Ду, П. Маити, Ф. Г. Клернер, Т. Шрейдер, К. Ван и Г. Битан. Сравнение трех ингибиторов сборки амилоида: сахарного цилло-инозитола, полифенольного эпигаллокатехин-галлата и молекулярного пинцета CLR01. АКС хим. Неврология. 2012 г.; 3 (6): 451–458 .
- ^ X Чжэн, Д. Я. Лю, Ф. Г. Клернер, Т. Шрейдер, Г. Битан и М. Т. Бауэрс. Сборка β-амилоида: эффект молекулярного пинцета CLR01 и CLR03. Дж. Физ. хим. Б, 2015; 119: 4831–4841 .
- ^ С. Прабхудесай *, С. Синха *, А. Аттар, А. Котагири, А. Г. Фицморис, Р. Лакшманан, М. И. Иванова, Дж. А. Лу, Ф. Г. Клернер, Т. Шрадер, М. Шталь, Г. Битан # и Дж. М. Бронштейн #. Новый ингибитор нейротоксичности α-синуклеина «Молекулярный пинцет» in vitro и in vivo. Нейротерапия. 2012 г.; 9 (2): 464–476 .
- ^ Ачарья С., Сафаи Б.М., Вонгконгкатхеп П., Иванова М.И., Аттар А., Клернер Ф.Г., Шрейдер Т., Лу Дж.А., Битан Г. и Лапидус Л.Дж. Молекулярные основы предотвращения агрегации α-синуклеина с помощью молекулярного пинцета. Ж. Биол. хим. 2014 г.; 289(15): 10727–10737 .
- ^ А. Лулла, Л. Барнхилл, Г. Битан, М. И. Иванова, Б. Нгуен, К. О'Доннелл, MC Stahl, C. Ямасиро, Ф. Г. Клернер, Т. Шрейдер, А. Сагасти и Дж. М. Бронштейн, Environ. Перспектива здоровья. 2016 г.; 124: 1766–1775. Архивировано 5 июля 2017 г. в Wayback Machine.
- ^ Рихтер, Франциска; Субраманиам, Судхакар Р.; Маген, Иддо; Ли, Патрик; Хейс, Джейн; Аттар, Аида; Чжу, Чунни; Франич, Николас Р.; Бове, Николас (05.06.2017). «Молекулярный пинцет улучшает моторный дефицит у мышей, сверхэкспрессирующих α-синуклеин» . Нейротерапия . 14 (4): 1107–1119. дои : 10.1007/s13311-017-0544-9 . ISSN 1933-7213 . ПМЦ 5722755 . ПМИД 28585223 .
- ^ С.М. Фогерсон, А.Дж. ван Бруммен, DJ Буш, С.Р. Аллен, Р. Ройчаудхури, С. Бэнкс, Ф.Г. Клернер, Т. Шрейдер, Г. Битан и Дж. Р. Морган, Снижение накопления синуклеина улучшает выживаемость нейронов после травмы спинного мозга, Exp. Нейрол. 2016 г.; 278: 105–115 .
- ^ Фёпель, Тобиас; Браво-Родригес, Кенни; Миттал, Сумит; Вачхараджани, Шиванг; Гнутт, Дэвид; Шарма, Абхишек; Штайнхоф, Энн; Фатоба, Олувасеун; Элрихманн, Гиза (26 апреля 2017 г.). «Ингибирование агрегации экзона-1 гентингтина с помощью молекулярного пинцета CLR01» . Журнал Американского химического общества . 139 (16): 5640–5643. дои : 10.1021/jacs.6b11039 . ISSN 0002-7863 . ПМК 5506490 . ПМИД 28406616 .
- ^ DHJ Lopes, A Attar, G Nair, EY Hayden, Z Du, K McDaniel, S Dut, K Bravo-Rodriguez, S Mittal, FG Klärner, C Wang, E Sanchez-Garcia, T Schrader и G Bitan (2015) Молекулярные пинцеты ингибируют сборку и токсичность островкового амилоидного полипептида с помощью нового механизма, ACS Chem. Биол. 2015 г.; 10: 1555–1569 .
- ^ Н. Феррейра, А. Перейра-Энрикес, А. Аттар, Ф. Г. Клернер, Т. Шрадер, Г. Битан, Л. Галес, М. Дж. Сарайва и М. Р. Алмейда. Молекулярный пинцет против транстиретинового амилоидоза. Нейротерапия. 2014 г.; 11: 450–461 .
- ^ Г. Герцог, М.Д. Шмуэли, Л. Леви, Л. Энгель, Э. Газит, Ф. Г. Клернер, Т. Шрадер, Г. Битан и Д. Сигал. Lys-специфичный молекулярный пинцет CLR01 модулирует агрегацию мутантного ДНК-связывающего домена р53 и ингибирует его токсичность, Биохимия, 2015; 54: 3729–3738 .
- ^ Перейти обратно: а б Э. Лумп, Л. М. Кастеллано, К. Мейер, Дж. Зилигер, Н. Эрвин, Б. Сперлих, К. М. Стюрзель, С. Усмани, Р. М. Хаммонд, Дж. фон Эйнем, Г. Герольд, Ф. Креппель, К. Браво-Родригес, Т. Питшманн, В. М. Холмс, Д. Палеш , О Зирафи, Д. Вайсман, А. Совислок, Б. Веттиг, К. Хайд, Ф. Кирхгоф, Т. Вейль, Ф. Г. Кларнер, Т. Шредер, Г. Битан, Э. Санчес-Гарсия, Р. Винтер, Дж. Шортер и Ян Мюнх, Молекулярный пинцет противодействует семенные амилоиды и ВИЧ-инфекция, eLife, 2015; 4:e05397 .
- ^ Аттар, К. Риполи, Э. Риккарди, П. Маити, Д.Д. Ли Пума, Т. Лю, Дж. Хейс, М. Р. Джонс, К. Личти-Кайзер, Ф. Ян, Г. Д. Гейл, Ч. Ценг, М. Тан, К. В. Се, Дж. Л. Штраудингер, Ф. Г. Клернер, Т. Шредер, С.А. Фраучи, К. Грасси и Дж. Битан. Защита первичных нейронов и мозга мышей от патологии Альцгеймера с помощью молекулярного пинцета. Мозг. 2012 г.; 135 (Часть 12): 3735–3748 .
- ^ Аттар, W-TC Чан, Ф.Г. Клернер, Т. Шредер и Дж. Битан. Безопасность и фармакологическая характеристика молекулярного пинцета CLR01 – ингибитора токсичности амилоидных белков широкого спектра действия. БМК Фарм. Токс. 2014 г.; 15(23): дои:10.1186/2050-6511-15-23 .
- ^ Ф. Г. Клернер и Т. Шредер. Ароматические взаимодействия с помощью молекулярных пинцетов и зажимов в химических и биологических системах. Акк. хим. Рез. 2013 г.; 46: 967–978 .
- ^ Аттар и G Битан. Нарушение самосборки и токсичность олигомеров амилоидогенных белков с помощью «молекулярных пинцетов» – от пробирки до животных моделей, Curr. Фарм. Дес. 2014 г.; 20: 2469–2483 .
- ^ Т. Шредер, Дж. Битан и Ф.Г. Клернер, Молекулярные пинцеты для лизина и аргинина — мощные ингибиторы патологической агрегации белков, Chem. Коммун. 2016: 52: 11318–11334.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Журнал химического образования «Избранные молекулы», декабрь 2004 г.: Наноразмерные молекулярные пинцеты и статья. [ постоянная мертвая ссылка ]
- Молекулярный пинцет Crystalmaker