酵素模倣物

酵素模倣体（人工酵素）は生体模倣化学の一分野であり、天然酵素の機能を模倣することを目的とします。^{[1] [2] [3] [4] [5]}酵素模倣体は、酵素の分子構造、分光学的特性、または反応性をモデル化した小分子複合体であり、バイオインスパイアード複合体と呼ばれることもあります。^[6]

酵素は生物学的触媒、すなわち反応を触媒する生体高分子です。少数の天然酵素はRNAから構築され、リボザイムと呼ばれますが、ほとんどの酵素はタンパク質です。他のタンパク質と同様に、酵素は補因子やその他の翻訳後修飾が追加されたアミノ酸ポリマーです。多くの場合、アミノ酸ポリマーの大部分は酵素の機能に間接的に関与しており、おそらく補助的な構造や接続性、間接的な活性調節、または酵素の分子同定を提供しています。その結果、ほとんどの酵素は数キロダルトンの重さがある大きな分子です。この大きさにより、 NMR、EPR、電気化学、結晶構造解析などのさまざまな調査技術がわかりにくくなる可能性があります。酵素からの分光データを、よりよく特徴付けられた小分子から得られた同様の分光データと比較することは標準的な方法です。このようにして、金属酵素やその他の金属タンパク質に対する理解が深まりました。多くの場合、小分子類似体は他の理由で作成されました。しかし、酵素模倣物としても知られる小分子類似体を意図的に作るグループが増えてきています。これらの酵素模倣物は、生物無機化学の代表的な例です。

酵素模倣研究のほとんどは、酵素とは無関係な要因も含め、複数の要因の組み合わせによって行われます。酵素に関連する要因のいくつかを以下に示します。

活性部位構造の定義。多くの重要な活性部位はまだ十分に定義されていません。これには、酸素発生複合体と窒素固定酵素が含まれます。これらの酵素を理解するために、小分子類似体が作成され、タンパク質の既存のデータと比較されます。

活性部位の機能を理解する。一部の酵素の構造は非常によく特徴付けられていますが、活性部位の一部の成分の機能はほとんど理解されていません。これは、多くの場合、部位特異的変異誘発によって調査されます。さらに、モデル複合体の合成により、さまざまな成分の機能が示唆されます。

酵素機能の再現。多くの酵素は、化学者が困難だと感じる反応を触媒するため、興味深いものです。これらの反応には、メタン モノオキシゲナーゼ(MMO) による炭化水素の部分酸化や、ヒドロゲナーゼによる水素の酸化と生成が含まれます。「機能的」酵素模倣物または生物に着想を得た触媒は、酵素の機能を再現することを目的として、酵素の特性を備えて設計されています。

このリストは、模倣された酵素と、各酵素模倣物に取り組んでいる主要な研究者に関して、非常に簡略化されています。

リチャード・ホルムの窒素固定酵素の模倣と鉄硫黄クラスターの生成に関する研究。

Stephen LippardのMMOに関する作品。

Thomas Rauchfuss、Marcetta Darensbourg、Christopher Pickett によるヒドロゲナーゼ模倣体に関する研究。

ハリー・グレイのポルフィリン錯体に関する研究。

ロナルド・ブレスローとラリー・E・オーバーマンは「人工酵素」という用語を作り出した。^[3]