Foldamer
Inom kemi är en foldamer en diskret kedjemolekyl ( oligomer ) som viker sig till ett konformationellt ordnat tillstånd i lösning . De är konstgjorda molekyler som efterliknar förmågan hos proteiner , nukleinsyror och polysackarider att vikas till väldefinierade konformationer, såsom α-helixar och β-sheets . Strukturen hos en foldamer stabiliseras av icke-kovalenta interaktioner mellan icke-angränsande monomerer . Foldamer studeras med huvudmålet att designa stora molekyler med förutsägbara strukturer. Studiet av foldamers är relaterat till teman molekylär självmontering , molekylär igenkänning och värd-gäst kemi .
Design
Foldamer kan variera i storlek, men de definieras av närvaron av icke-kovalenta, icke-angränsande interaktioner. Denna definition utesluter molekyler som poly(isocyanater) (allmänt kända som ( polyuretan )) och poly(proliner) eftersom de viker sig till spiraler på ett tillförlitligt sätt på grund av intilliggande kovalenta interaktioner. Foldamer har en dynamisk vikningsreaktion [ovikt → veckat], där stora makroskopisk veckning orsakas av solvofoba effekter (hydrofob kollaps), medan det slutliga energitillståndet för den vikta foldamern beror på de icke-kovalenta interaktionerna. Dessa interaktioner samarbetar för att bilda den mest stabila tertiära strukturen, eftersom de helt vikta och ovikta tillstånden är mer stabila än något delvis vikt tillstånd.
Förutsägelse av vikning
Strukturen för en foldamer kan ofta förutsägas utifrån dess primära sekvens . Denna process involverar dynamiska simuleringar av vikningsjämvikterna på atomnivå under olika förhållanden. Denna typ av analys kan också tillämpas på små proteiner, men beräkningstekniken kan inte simulera alla utom de kortaste sekvenserna.
Vikningsvägen för en foldamer kan bestämmas genom att mäta variationen från den experimentellt bestämda favoriserade strukturen under olika termodynamiska och kinetiska förhållanden. Förändringen i struktur mäts genom att beräkna rotmedelkvadratavvikelsen från ryggradsatompositionen för den favoriserade strukturen. Foldamerns struktur under olika förhållanden kan bestämmas beräkningsmässigt och sedan verifieras experimentellt. Förändringar i temperatur, lösningsmedelsviskositet , tryck , pH och saltkoncentration kan alla ge värdefull information om strukturen hos foldamern. Mätning av kinetiken för veckning såväl som vikningsjämvikter gör att man kan observera effekterna av dessa olika förhållanden på foldamerstrukturen.
Lösningsmedel påverkar ofta vikningen. Till exempel skulle en vikningsbana som involverar hydrofob kollaps vikas annorlunda i ett opolärt lösningsmedel. Denna skillnad beror på det faktum att olika lösningsmedel stabiliserar olika mellanprodukter av veckningsvägen såväl som olika slutliga foldamerstrukturer baserat på intermolekylära icke-kovalenta interaktioner.
Icke-kovalenta interaktioner
Icke-kovalenta intermolekylära interaktioner, om än individuellt små, deras summering förändrar kemiska reaktioner på stora sätt. Nedan listas vanliga intermolekylära krafter som kemister har använt för att designa folddamer.
- Vätebindning (särskilt med peptidbindningar )
- Pi stapling
- Solvofoba effekter, som leder till hydrofob kollaps
- Van der Waals styrkor
- Elektrostatisk attraktion
Vanliga mönster
Foldamer är klassificerad i tre olika kategorier: peptidomimetiska foldamer, nukleotidomimetiska foldamer och abiotiska foldamer. Peptidomimetiska foldamerer är syntetiska molekyler som efterliknar strukturen hos proteiner, medan nukleotidomimetiska foldamerer är baserade på interaktioner i nukleinsyror. Abiotiska foldamerer stabiliseras av aromatiska och laddningsöverföringsinteraktioner som vanligtvis inte finns i naturen. De tre mönster som beskrivs nedan avviker från Moores strikta definition av en foldamer, som utesluter spiralformade foldamers.
Peptidomimetikum
Peptidomimetiska foldamer bryter ofta mot den tidigare nämnda definitionen av foldamer eftersom de ofta antar spiralformade strukturer. De representerar ett stort landmärke för foldamerforskning på grund av sin design och kapacitet. De största grupperna av peptidomimetika består av β – peptider , γ – peptider och δ – peptider, och de möjliga monomera kombinationerna. Aminosyrorna ( δ) metylenkol, men de strukturella förändringarna var djupgående. Dessa peptidsekvenser är mycket studerade eftersom sekvenskontroll leder till tillförlitlig veckningsförutsägelse. Dessutom, med multipla metylenkol mellan karboxyl- och aminoändarna av de flankerande peptidbindningarna, kan Varierande R-grupps sidokedjor utformas. Ett exempel på nyheten med β-peptider kan ses i resultaten av Reiser och medarbetare. Genom att använda en heteroligopeptid bestående av a-aminosyror och cis-β-aminocyklopropankarboxulsyror (cis-β-ACCs) fann de bildandet av spiralformade sekvenser i oligomerer så korta som sju rester och definierade konformation i fem rester; en kvalitet unik för peptider som innehåller cykliska β-aminosyror.
Nukleotidomimetikum
Nukleotidomimetika kvalificeras i allmänhet inte som foldamerare. De flesta är utformade för att efterlikna enstaka DNA-baser, nukleosider eller nukleotider för att ospecifikt målinrikta DNA. Dessa har flera olika medicinska användningsområden inklusive anti-cancer , anti-virala och anti-svamp applikationer.
Abiotisk
Abiotiska foldamerer är återigen organiska molekyler utformade för att uppvisa dynamisk vikning. De utnyttjar en eller några kända viktiga intermolekylära interaktioner, som optimeras av deras design. Ett exempel är oligopyrroler som organiserar sig på att binda anjoner som klorid genom vätebindning (se figur). Vikning induceras i närvaro av en anjon: polypyrrolgrupperna har liten konformationsrestriktion annars.
Andra exempel
- m -Fenylene etynylen oligomerer drivs att vikas till en spiralformad konformation av solvofoba krafter och aromatiska staplingsinteraktioner .
-
β-peptider är sammansatta av aminosyror som innehåller ytterligare en CH2
- enhet mellan aminen och karboxylsyran . De är mer stabila mot enzymatisk nedbrytning och har visats ha antimikrobiell aktivitet. - Peptoider är N -substituerade polyglyciner som använder steriska interaktioner för att vikas till polyprolin typ I-liknande spiralformade strukturer.
- Aedamer som viker i vattenlösningar drivna av hydrofoba och aromatiska staplingsinteraktioner.
- Aromatiska oligoamid-folddamer Dessa exempel är några av de största och bäst strukturellt karakteriserade Foldamers.
- Arylamidfoldamer, t.ex. Brilacidin
Vidare läsning
- Ivan Huc; Stefan Hecht (2007). Foldammer: struktur, egenskaper och tillämpningar . Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31563-5 .
- Goodman CM, Choi S, Shandler S, DeGrado WF (2007). "Foldamers som mångsidiga ramverk för design och utveckling av funktion" . Nat. Chem. Biol . 3 (5): 252–62. doi : 10.1038/nchembio876 . PMC 3810020 . PMID 17438550 .
Recensioner
- ^ Gellman, SH (1998). "Foldamers: ett manifest" (PDF) . Enl. Chem. Res . 31 (4): 173–180. doi : 10.1021/ar960298r . Arkiverad från originalet (PDF) 2008-05-13.
- ^ Zhang DW, Zhao X, Hou JL, Li ZT (2012). "Aromatiska amidfalsare: strukturer, egenskaper och funktioner". Chem. Rev. _ 112 (10): 5271–5316. doi : 10.1021/cr300116k . PMID 22871167 .
- ^ Juwarker, H.; Jeong, KS. (2010). "Anjonstyrda falsare" . Chem. Soc. Rev. _ 39 (10): 3664–3674. doi : 10.1039/b926162c . PMID 20730154 .