Фосфоримидазолид
Фосфоримидазолид представляет собой химическое соединение, в котором фосфориловый моноэфир ковалентно связан с атомом азота в имидазольном кольце. Они представляют собой разновидность фосфорамидатов . Эти соединения фосфора (V) встречаются в качестве реагентов, используемых для образования новых фосфоангидридных связей с фосфатов моноэфирами , а также в качестве реакционноспособных промежуточных продуктов в реакциях переноса фосфорила в некоторых ферментативно-катализируемых превращениях. Они также изучаются как важнейшие химические промежуточные продукты полимеризации нуклеотидов в добиотических условиях. [1] Их иногда называют фосфоримидазолидатами, фосфорильными группами, активируемыми имидазолом, и P-имидазолидами.
Роль в образовании олигонуклеотидов
[ редактировать ]Фосфоримидазолиды были исследованы на предмет их механистической роли в абиогенезе (естественном процессе возникновения жизни из неживой материи). В частности, они были предложены как активные электрофильные виды, которые могли опосредовать образование межнуклеотидных фосфодиэфирных связей , тем самым обеспечивая возможность репликации олигонуклеотидов, направленной на матрицу, до появления ферментов. Фосфоримидазолиды были первоначально предложены в качестве медиаторов этого процесса Лесли Оргелем в 1968 году. [2] Ранние исследования показали, что катионы двухвалентных металлов, таких как Mg 2+ , Зн 2+ и Pb 2+ и дополнительная матрица были необходимы для образования коротких олигонуклеотидов, хотя нуклеотиды демонстрировали 5'-2'-связность вместо 5'-3'-связности, как у современных форм жизни. Было также показано, что монтмориллонитовая глина может обеспечить поверхность для опосредованного фосфоримидазолидом образования олигонуклеотидов длиной 20-50 оснований. [3]
Исследовательская группа Джека В. Шостака продолжила изучение роли фосфоримидазолидов в пребиотической полимеризации нуклеотидов. Группа исследовала ряд производных имидазола в поисках химических фрагментов, которые обеспечивают более длинные олигонуклеотиды, необходимые для распространения генетической информации. [1] Примечательно, что они обнаружили, что фосфоримидазолиды способствуют образованию олигонуклеотидов, направленному на матрицу, через динуклеотидные промежуточные соединения с имидазолиевым мостиком. [4]
Джон Д. Сазерленд и его коллеги предположили, что фосфоримидазолиды могли образоваться в химической среде ранней Земли путем активации рибонуклеотид-фосфатов метилизоцианидом и ацетальдегидом с последующим замещением имидазолом. [5]
Образование фосфоангидридной связи
[ редактировать ]В то время как ранние исследования фосфоримидазолидных производных нуклеотидов показали, что олигонуклеотиды могут образовываться в присутствии комплементарной матрицы, пирофосфат-связанные димеры образуются преимущественно в отсутствие матрицы. [2] Эта склонность к образованию новых фосфоангидридных связей была использована в синтезе нескольких пирофосфатсодержащих органических соединений. С использованием цианоэтилзащищенного фосфоримидазолидного реагента были синтезированы различные модифицированные нуклеотидтрифосфаты. [6] Было обнаружено, что реакции образования фосфоангидридной связи протекают наиболее быстро в органических растворителях на основе амидов, таких как N,N -диметилформамид , и особенно в N,N -диметилацетамиде с Mg. 2+ или Zn 2+ катализаторы. [7]
Синтез
[ редактировать ]Фосфоримидазолидные реагенты синтезированы из моноэфиров фосфорной кислоты.
В одном методе моноэфир фосфата растворяют в безводном пиридине. [8] или N,N -диметилформамид (ДМФ) и активируют с помощью трифенилфосфина (PPh 3 ) и 2,2'-дитиодипиридина (2,2'-DTDP) в присутствии основания триэтиламина (ТЕА) и избытка имидазола. В другом методе, использующем меньшее количество реагентов, моноэфир фосфата растворяют в ДМФ и используют карбонилдиимидазол (CDI) как для удаления атома кислорода из фосфатной группы, так и для добавления имидазольного заместителя. Продукт любой реакции можно собрать осаждением с использованием ацетонитрила или ацетона в качестве антирастворителя с перхлоратом натрия или лития для получения натриевой или литиевой соли фосфоримидазолида соответственно. Альтернативно фосфоримидазолид можно выделить с помощью обращенно-фазовой флэш-хроматографии на колонке с буфером TEAB и ацетонитрилом. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Уолтон, Трэвис; Чжан, Вэнь; Ли, Ли; Понг Там, Чун; Шостак, Джек (2019). «Механизм неферментативного копирования матрицы нуклеотидами, активированными имидазолом» . Angewandte Chemie, международное издание . 58 (32): 10812–10819. дои : 10.1002/anie.201902050 . ПМИД 30908802 .
- ^ Jump up to: а б Вейманн, Б.; Лорманн, Р.; Оргель, Л.; Шнайдер-Бернлоер, Х.; Салстон, Дж. (1968). «Матричный синтез с аденозин-5'-фосфоримидазолидом». Наука . 161 (3839): 387. Бибкод : 1968Sci...161..387W . дои : 10.1126/science.161.3839.387 . JSTOR 1724244 . ПМИД 5661298 . S2CID 35649008 .
- ^ Феррис, Джеймс; Хилл, Обри; Лю, Рихе; Оргел, Лесли (1996). «Синтез длинных пребиотических олигомеров на минеральных поверхностях» . Природа . 381 (6577): 59–61. Бибкод : 1996Natur.381...59F . дои : 10.1038/381059a0 . hdl : 2060/19980119839 . ПМИД 8609988 . S2CID 4351826 .
- ^ Уолтон, Трэвис; Шостак, Джек (2016). «Высокореактивный промежуточный динуклеотид с имидазолий-мостиком в неферментативном удлинении праймера РНК» . Журнал Американского химического общества . 138 (36): 11996–12002. дои : 10.1021/jacs.6b07977 . ПМК 6326528 . ПМИД 27552367 .
- ^ Мариани, Анжелика; Рассел, Дэвид; Жавель, Томас; Сазерленд, Джон (2018). «Световыделяемый потенциально пребиотический активатор нуклеотидов» . Журнал Американского химического общества . 140 (28): 8657–8661. дои : 10.1021/jacs.8b05189 . ПМК 6152610 . ПМИД 29965757 .
- ^ Стренковска, Мальвина; Ванат, Пшемыслав; Земняк, Мартин; Джемилити, Яцек; Ковальска, Джоанна (2012). «Получение синтетически сложных нуклеотидов с использованием цианоэтил-п-имидазолидов и микроволнового излучения». Органические письма . 14 (18): 4782–4785. дои : 10.1021/ol302071f . ПМИД 22966945 .
- ^ Мармельштейн, Алан; Морган, Джереми; Пенкерт, Мартин; Роджерсон, Дэниел; Чин, Джейсон; Краузе, Эберхард; Фидлер, Доротея (2018). «Пирофосфорилирование посредством селективной дериватизации фосфопротеинов» . Химическая наука . 9 (27): 5929–5936. дои : 10.1039/C8SC01233D . ПМК 6050540 . ПМИД 30079207 .
- ^ Мукаяма, Теруаки; Хасимото, Мицунори (1972). «Синтез олиготимидилатов и нуклеозидциклических фосфатов методом окислительно-восстановительной конденсации». Журнал Американского химического общества . 94 (24): 8528–8532. дои : 10.1021/ja00779a039 . ПМИД 4638982 .
- ^ Ли, Ли; Прайвс, Ноам; Понг Там, Чун; О'Флаэрти, Дерек; Леливельд, Виктор; Игзу, Энвер; Пал, Аян; Шостак, Джек (2017). «Усиленное неферментативное копирование РНК с помощью нуклеотидов, активированных 2-аминоимидазолом» . Журнал Американского химического общества . 139 (5): 1810–1813. дои : 10.1021/jacs.6b13148 . ПМК 6326525 . ПМИД 28117989 .