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最近牛津大學(xué)（University of Oxford）的Benjamin G. Davis教授（點(diǎn)擊查看介紹）及合作者在Science報(bào)道了一種稱(chēng)為“化學(xué)突變”的特異性蛋白質(zhì)修飾方法。這是首個(gè)能在蛋白質(zhì)上的特定位點(diǎn)增加新碳碳鍵的通用方法，底物相容性很好，可以為蛋白質(zhì)添加多種修飾基團(tuán)，形成天然或非天然的側(cè)鏈，包括甲基、磷酸基、單糖、糖鏈等。（Posttranslational mutagenesis: A chemical strategy for exploring protein side-chain diversity. Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aag1465）

在蛋白質(zhì)分子上產(chǎn)生新的碳碳鍵不論是對(duì)大自然還是化學(xué)家都是個(gè)挑戰(zhàn)。大部分蛋白質(zhì)翻譯后修飾（posttranslational modification）都是對(duì)側(cè)鏈硫原子、氧原子或氮原子形成新鍵，如甲基化、磷酸化和糖基化。實(shí)驗(yàn)室中，化學(xué)家利用生物正交化學(xué)也僅僅能形成碳雜（原子）鍵而已。

為了給蛋白質(zhì)添加新的碳碳鍵，Davis和同事先用基因工程技術(shù)把非天然氨基酸——脫氫丙氨酸插入到他們想修飾的位點(diǎn)。脫氫丙氨酸的碳碳雙鍵很容易和自由基反應(yīng)，于是化學(xué)家可以用自由基化學(xué)把需要修飾的基團(tuán)變成相應(yīng)的自由基，再與脫氫丙氨酸反應(yīng)。當(dāng)然，這種自由基化學(xué)必須是生物正交的，它要能容忍水環(huán)境并且不會(huì)和其他生物分子的天然功能基團(tuán)反應(yīng)。

Davis教授。圖片來(lái)源：University of Oxford

悉尼大學(xué)（University of Sydney）的化學(xué)生物學(xué)家Richard J. Payne評(píng)論道：“Davis組利用脫氫丙氨酸作為自由基受體，形成新的碳碳鍵，這一方法適用性廣，許多自由基都可以起作用。這可能會(huì)改變蛋白質(zhì)化學(xué)領(lǐng)域的游戲規(guī)則?？焖傩揎椀鞍踪|(zhì)能夠幫助我們理解修飾對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的影響。這個(gè)方法的應(yīng)用前景難以估量，而且作者已經(jīng)漂亮地將它用于很多種蛋白質(zhì)修飾了?！?/span>

就如Payne所言，Davis及合作者用自由基化學(xué)將25種天然和非天然側(cè)鏈，包括氮原子/氧原子連接的多糖、熒光基團(tuán)、同位素標(biāo)記等，修飾到8種蛋白質(zhì)的特定位點(diǎn)。其中的一些修飾過(guò)程對(duì)其他蛋白質(zhì)修飾方法而言幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)自由基化學(xué)對(duì)8種蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)的25種側(cè)鏈修飾。圖片來(lái)源：Science

這種方法可以使研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生理功能更加容易，尤其是與其他蛋白質(zhì)修飾技術(shù)聯(lián)用時(shí)，如點(diǎn)突變、非天然氨基酸突變和生物正交化學(xué)。它也有希望用于蛋白質(zhì)藥物研發(fā)和合成生物學(xué)領(lǐng)域。

當(dāng)然，作為一個(gè)新方法，它并不是完美的。例如，新形成的碳碳鍵對(duì)某些修飾（如糖基化）不是很合適。自由基反應(yīng)會(huì)使修飾位點(diǎn)外消旋化，也就是說(shuō)這一過(guò)程沒(méi)有立體選擇性。此外，在同一個(gè)蛋白質(zhì)分子內(nèi)，還無(wú)法用自由基化學(xué)修飾兩種不同的基團(tuán)。

但不管怎么說(shuō)，該技術(shù)仍然應(yīng)用潛力巨大。