NaCl促进L-精氨酸成肽的效应及机理研究

来源 :中国科学院生物物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:XIAO13075674309
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几乎所有生化反应都是在较高浓度(约100mM)的Na+(K+)及cl-等离了的溶液中进行的(both in vivo and in vitro)。由于常见的离子Na+(K+)等与绝大多数生物分子的配位均很微弱。所以普遍认为它们在生命体系中的功能是:维持渗透压、传递神经信号、稳定蛋白质的结构等非催化功能。寻找在生命起源过程中的可能的天然催化剂一直是生命起源研究的热点,但从来没有人想到过Na+(K+)及Cl-可能对生命起源的反应有催化作用。本实验室曾经偶然发现Na+(K+)能促进酸性氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸、磷酸丝氨酸)聚合产物中长肽的生成。于是我们接下来研究了NaCl对碱性氨基酸成肽的影响。我们首先摸索了分析精氨酸寡肽的HPLC条件,使定性和定量分析精氨酸寡肽成为可能。本研究发现Cl-及其它多种无机盐阴离子能显著提高均相水溶液中N,N’-羰基二咪唑(N,N’-carbonyldiinidazole,CDI)活化的L-精氨酸(Larginine)的成肽长度。促进效应有如下特点:   1.高效性   没有NaCl存在时,50mML-精氨酸成肽最长为9-mer,而加入1MNaCl后,生成的最长肽为15-mer。这一效果强于伊利石而与已知的精氨酸成肽的最佳的固体催化剂FeS2相当。   2.浓度依赖关系   Cl-浓度0.1M时即有显著作用,生成最长的精氨酸寡肽的Cl-浓度是1M,与谷氨酸成肽时Na+的最佳浓度相同。   3.生成更多的长肽和更少的短肽。   加入1MNaCl,8-mer及更长的肽占所有生成肽的24.1%,而没有NaCl时则只占1.58%。CDI活化的氨基酸成肽反应,每步延长反应只能增加一个残基。从单体到8-mer,在1MNaCl作用下,延长反应的速率常数的提高(k/k)随着肽链的增长而增加。   4.离子种类选择性   卤素阴离子(F-除外)最有效,其它阴离子促进作用各有强弱,与离子形状、离子强度、Hofmeister序列无关。磷酸离子没有促进作用。关于这一现象的机理,我们有以下一些推测:   1.离子选择性的促进带相反电荷的氨基酸成肽,机理应与静电相互作用有关。   2.CDI活化成肽反应的中间体Leuchs酸酐的生成以及水解速率与是否存在NaCl无关。另外此种促进作用选择性的提高长肽的生成速率。所以促进作用应该是由于Na+、Cl-与寡肽残基侧链之间的相互作用。   3.中性氨基酸如甘氨酸、丙氨酸用CDI活化成肽的效率远远高于侧链带电荷的谷氨酸和精氨酸,而且NaCl对它们的成肽没有明显影响。   所以,NaCl之所以能有效的促进带电荷的氨基酸的成肽,可能是因为这些离子中和了带多个电荷的肽的侧链电荷,有效减弱了活化的氨基酸单体与肽之间的静电排斥效应,从而提高了带相同电荷的活化单体与之反应的效率。但是目前我们还缺乏氨基酸寡肽和离子相互作用方面直接的结构证据,所以仍有大量工作需要开展。   另外本研究还发现N-carboxyandydride-L-α-Arg成肽过程中形成了一种新的六元环中间产物--1-眯基-3-氨基-2-哌啶酮。
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