Syntetický biopolymer - Synthetic biopolymer

IUPAC definice

Syntetické biopolymery: člověkem vyrobené kopie biopolymerů získané abiotickými chemickými cestami.Umělý polymer: polymer vyrobený člověkem, který není biopolymerem

Syntetický biopolymery jsou člověkem vytvořené kopie biopolymerů získaných abiotický chemické cesty.^[1] Byl získán syntetický biopolymer různé chemické povahy, včetně polysacharidy,^[2] glykoproteiny,^[3] peptidy a bílkoviny,^[4]^[5] polyhydroxoalkanoáty,^[6] polyisopreny.^[7]

Syntéza biopolymeru

Díky vysoké molekulové hmotnosti biopolymerů je jejich syntéza inherentně pracná. Další výzvy mohou vyvstat ze specifického prostorového uspořádání přijatého přírodním biopolymerem, které může být životně důležité pro jeho vlastnosti / aktivitu, ale není snadno reprodukovatelné v syntetické kopii. Navzdory tomu jsou chemické přístupy k získání biopolymeru velmi žádoucí k překonání problémů vyplývajících z malého množství cílového biopolymeru v Příroda, potřeba těžkopádných izolačních procesů nebo vysoká variabilita mezi jednotlivými šaržemi nebo nehomogenita druhů z přírodních zdrojů.^[8]

Příklady syntetických biopolymerů získaných chemickými způsoby

cis-1,4-polyisopren^[9] (syntetický analog guma ) a trans-1,4-polyisopren^[10] (syntetický analog gutaperča ) se získají koordinační polymerací za použití vhodných Ziegler-Natta katalyzátory.
Polyhydroxoalkanoáty, jako je poly (3-hydroxobutyrát), poly (kyselina hydroxovalerová) atd., Získané polykondenzace a polyadice. Nízkomolekulární polylaktid a další polyglykolidy lze také získat chemickou syntézou.^[11]
Oligonukleotidy a polynukleotidy (DNA nebo RNA ) lze získat chemickou syntézou pomocí různých zavedených přístupů.^[12]
Chemickou syntézou byla získána celá řada proteinů. Úspěšný přístup závisí na nativní chemická ligace, který dosahuje syntézy proteinů spojením kratších nechráněných peptidů. Tato strategie umožnila mimo jiné získat proteiny, jako jsou růstový faktor podobný inzulínu 1,^[13] předchůdce Aequorea zelený fluorescenční protein^[14] a virus chřipky A. M2 membránový protein.^[15]

Příklady biopolymerů získaných chemoenzymatickými způsoby

Polyhydroxoalkanoáty a polyestery získané esterifikací za pomoci enzymu za použití lipázy.^[6]
Heparin,^[16] heparan sulfát^[17] a další glykosaminoglykany^[18] a rostlinné glykany.^[19]
Polysacharidy, jako je celulóza, amylóza, chitin a deriváty^[2]
Přirozené a nepřirozené polynukleotidy lze úspěšně získat syntézou za pomoci enzymu pomocí přístupů založených na ligázách nebo polymerázách a polymeraci za pomoci templátu.^[20]

Lidské biopolymery získané přístupy, které zahrnují genetické inženýrství nebo rekombinantní DNA se liší od syntetických biopolymerů a měly by být označovány jako umělý biopolymer (např., umělý protein, umělý polynukleotid atd.).^[1]

Aplikace syntetických biopolymerů

Jako své přírodní analogy nacházejí syntetické biopolymery uplatnění v mnoha oblastech, včetně materiálů pro komodity, dodávku léčiv, tkáňové inženýrství, terapeutické a diagnostické aplikace.^{[Citace je zapotřebí ]}

Reference

^ ^A ^b Vert, Michel; Doi, Yoshiharu; Hellwich, Karl-Heinz; Hess, Michael; Hodge, Philip; Kubisa, Przemyslaw; Rinaudo, Marguerite; Schué, François (11. ledna 2012). "Terminologie pro biologicky související polymery a aplikace (doporučení IUPAC 2012)". Čistá a aplikovaná chemie. 84 (2): 377–410. doi:10.1351 / PAC-REC-10-12-04.
^ ^A ^b Kadokawa, Jun-ichi (2011-07-13). "Přesná syntéza polysacharidů katalyzovaná enzymy". Chemické recenze. 111 (7): 4308–4345. doi:10.1021 / cr100285v. ISSN 0009-2665.
^ Hanson, Sarah; Nejlepší, Michaele; Bryan, Marian C .; Wong, Chi-Huey (01.12.2004). „Chemoenzymatická syntéza oligosacharidů a glykoproteinů“. Trendy v biochemických vědách. 29 (12): 656–663. doi:10.1016 / j.tibs.2004.10.004. ISSN 0968-0004. PMID 15544952.
^ Nilsson, Bradley L .; Soellner, Matthew B .; Raines, Ronald T. (3. května 2005). "Chemická syntéza proteinů". Roční přehled biofyziky a biomolekulární struktury. 34 (1): 91–118. doi:10.1146 / annurev.biophys.34.040204.144700. ISSN 1056-8700. PMC 2845543. PMID 15869385.
^ Kent, Stephen B. H. (26. ledna 2009). "Celková chemická syntéza proteinů". Recenze chemické společnosti. 38 (2): 338–351. doi:10.1039 / B700141J. ISSN 1460-4744. PMID 19169452.
^ ^A ^b Gross, Richard A .; Ganesh, Manoj; Lu, Wenhua (01.08.2010). „Enzymová katalýza vdechuje nový život polymerační kondenzaci polyesteru“. Trendy v biotechnologii. 28 (8): 435–443. doi:10.1016 / j.tibtech.2010.05.004. ISSN 0167-7799. PMID 20598389.
^ Natta, G. (1. ledna 1967). "Krystalické syntetické vysoké polymery se stericky pravidelnou strukturou". Stereoregulární polymery a stereospecifické polymerizace. Pergamon: 701–707. doi:10.1016 / B978-1-4831-9882-8.50055-5. ISBN 9781483198828.
^ Kubíček, Christian P. (2016), „Synthetic Biopolymers“, Glieder, Anton; Kubíček, Christian P .; Mattanovich, Diethard; Wiltschi, Birgit (eds.), Syntetická biologie, Springer International Publishing, str. 307–335, doi:10.1007/978-3-319-22708-5_9, ISBN 9783319227085
^ Rudin, Alfred; Choi, Phillip (01.01.2013), Rudin, Alfred; Choi, Phillip (eds.), "Kapitola 11 - Iontové a koordinované polymerizace", The Elements of Polymer Science & Engineering (třetí vydání)„Academic Press, s. 449–493, doi:10.1016 / B978-0-12-382178-2.00011-0, ISBN 9780123821782
^ Song, Jing-She; Huang, Bao-Chen; Yu, Ding-Sheng (2001). "Pokrok syntézy a aplikace trans-1,4-polyisoprenu". Journal of Applied Polymer Science. 82 (1): 81–89. doi:10.1002 / app.1826. ISSN 1097-4628.
^ Poly (kyselina mléčná): syntéza, struktury, vlastnosti, zpracování a aplikace. Hoboken, N.J .: Wiley. 2013. ISBN 9781118088135. OCLC 898985627.
^ Reese, Colin B. (2005-10-20). „Oligo- a poly-nukleotidy: 50 let chemické syntézy“. Organická a biomolekulární chemie. 3 (21): 3851–3868. doi:10.1039 / B510458K. ISSN 1477-0539. PMID 16312051.
^ Sohma, Youhei; Pentelute, Brad L .; Whittaker, Jonathan; Hua, Qin-xin; Whittaker, Linda J .; Weiss, Michael A .; Kent, Stephen B. H. (2008). "Srovnávací vlastnosti inzulínového růstového faktoru 1 (IGF-1) a [Gly7D-Ala] IGF-1 připravené celkovou chemickou syntézou". Angewandte Chemie International Edition. 47 (6): 1102–1106. doi:10.1002 / anie.200703521. ISSN 1521-3773. PMID 18161716.
^ Sakakibara, Shumpei; Tsuji, Frederick I .; Kimura, Terutoshi; Bódi, József; Nishio, Hideki; Inui, Tatsuya; Nishiuchi, Yuji (10. 11. 1998). „Chemická syntéza prekurzorové molekuly zeleného fluorescenčního proteinu Aequorea, následné skládání a vývoj fluorescence“. Sborník Národní akademie věd. 95 (23): 13549–13554. Bibcode:1998PNAS ... 9513549N. doi:10.1073 / pnas.95.23.13549. ISSN 0027-8424. PMC 24856. PMID 9811837.
^ Kochendoerfer, Gerd G .; Salom, David; Lear, James D .; Wilk-Orescan, Rosemarie; Kent, Stephen B. H .; DeGrado, William F. (01.09.1999). „Total Chemical Synthesis of the Integral Membrane Protein Influenza A Virus M2: Role of its C-Terminal Domain in Tetramer Assembly“. Biochemie. 38 (37): 11905–11913. doi:10,1021 / bi990720m. ISSN 0006-2960. PMID 10508393.
^ Linhardt, Robert J; Liu, Jian (duben 2012). "Syntetický heparin". Současný názor na farmakologii. 12 (2): 217–219. doi:10.1016 / j.coph.2011.12.002. PMC 3496756. PMID 22325855.
^ Peterson, Sherket; Frick, Amber; Liu, Jian (2009). "Návrh biologicky aktivního heparan sulfátu a heparinu s využitím přístupu založeného na enzymech". Zprávy o přírodních produktech. 26 (5): 610–27. doi:10.1039 / B803795G. PMID 19387498.
^ Mende, Marco; Bednarek, Christin; Wawryszyn, Mirella; Sauter, Paul; Biskup, Moritz B .; Schepers, Ute; Bräse, Stefan (13. července 2016). "Chemická syntéza glykosaminoglykanů". Chemické recenze. 116 (14): 8193–8255. doi:10.1021 / acs.chemrev.6b00010. PMID 27410264.
^ Pfrengle, Fabian (říjen 2017). "Syntetické rostlinné glykany". Aktuální názor na chemickou biologii. 40: 145–151. doi:10.1016 / j.cbpa.2017.09.010. PMID 29024888.
^ Kong, Dehui; Yeung, Wayland; Hili, Ryan (11.7.2016). "Generování knihoven syntetického kopolymeru kombinačním sestavením na šablonách nukleových kyselin". ACS Combinatorial Science. 18 (7): 355–370. doi:10.1021 / acscombsci.6b00059. ISSN 2156-8952. PMID 27275512.

[:0-1] A ^b Vert, Michel; Doi, Yoshiharu; Hellwich, Karl-Heinz; Hess, Michael; Hodge, Philip; Kubisa, Przemyslaw; Rinaudo, Marguerite; Schué, François (11. ledna 2012). "Terminologie pro biologicky související polymery a aplikace (doporučení IUPAC 2012)". Čistá a aplikovaná chemie. 84 (2): 377–410. doi:10.1351 / PAC-REC-10-12-04.

[Kadokawa_4308–4345-2] A ^b Kadokawa, Jun-ichi (2011-07-13). "Přesná syntéza polysacharidů katalyzovaná enzymy". Chemické recenze. 111 (7): 4308–4345. doi:10.1021 / cr100285v. ISSN 0009-2665.

[3] Hanson, Sarah; Nejlepší, Michaele; Bryan, Marian C .; Wong, Chi-Huey (01.12.2004). „Chemoenzymatická syntéza oligosacharidů a glykoproteinů“. Trendy v biochemických vědách. 29 (12): 656–663. doi:10.1016 / j.tibs.2004.10.004. ISSN 0968-0004. PMID 15544952.

[4] Nilsson, Bradley L .; Soellner, Matthew B .; Raines, Ronald T. (3. května 2005). "Chemická syntéza proteinů". Roční přehled biofyziky a biomolekulární struktury. 34 (1): 91–118. doi:10.1146 / annurev.biophys.34.040204.144700. ISSN 1056-8700. PMC 2845543. PMID 15869385.

[5] Kent, Stephen B. H. (26. ledna 2009). "Celková chemická syntéza proteinů". Recenze chemické společnosti. 38 (2): 338–351. doi:10.1039 / B700141J. ISSN 1460-4744. PMID 19169452.

[Gross_435–443-6] A ^b Gross, Richard A .; Ganesh, Manoj; Lu, Wenhua (01.08.2010). „Enzymová katalýza vdechuje nový život polymerační kondenzaci polyesteru“. Trendy v biotechnologii. 28 (8): 435–443. doi:10.1016 / j.tibtech.2010.05.004. ISSN 0167-7799. PMID 20598389.

[7] Natta, G. (1. ledna 1967). "Krystalické syntetické vysoké polymery se stericky pravidelnou strukturou". Stereoregulární polymery a stereospecifické polymerizace. Pergamon: 701–707. doi:10.1016 / B978-1-4831-9882-8.50055-5. ISBN 9781483198828.

[8] Kubíček, Christian P. (2016), „Synthetic Biopolymers“, Glieder, Anton; Kubíček, Christian P .; Mattanovich, Diethard; Wiltschi, Birgit (eds.), Syntetická biologie, Springer International Publishing, str. 307–335, doi:10.1007/978-3-319-22708-5_9, ISBN 9783319227085

[9] Rudin, Alfred; Choi, Phillip (01.01.2013), Rudin, Alfred; Choi, Phillip (eds.), "Kapitola 11 - Iontové a koordinované polymerizace", The Elements of Polymer Science & Engineering (třetí vydání)„Academic Press, s. 449–493, doi:10.1016 / B978-0-12-382178-2.00011-0, ISBN 9780123821782

[10] Song, Jing-She; Huang, Bao-Chen; Yu, Ding-Sheng (2001). "Pokrok syntézy a aplikace trans-1,4-polyisoprenu". Journal of Applied Polymer Science. 82 (1): 81–89. doi:10.1002 / app.1826. ISSN 1097-4628.

[11] Poly (kyselina mléčná): syntéza, struktury, vlastnosti, zpracování a aplikace. Hoboken, N.J .: Wiley. 2013. ISBN 9781118088135. OCLC 898985627.

[12] Reese, Colin B. (2005-10-20). „Oligo- a poly-nukleotidy: 50 let chemické syntézy“. Organická a biomolekulární chemie. 3 (21): 3851–3868. doi:10.1039 / B510458K. ISSN 1477-0539. PMID 16312051.

[13] Sohma, Youhei; Pentelute, Brad L .; Whittaker, Jonathan; Hua, Qin-xin; Whittaker, Linda J .; Weiss, Michael A .; Kent, Stephen B. H. (2008). "Srovnávací vlastnosti inzulínového růstového faktoru 1 (IGF-1) a [Gly7D-Ala] IGF-1 připravené celkovou chemickou syntézou". Angewandte Chemie International Edition. 47 (6): 1102–1106. doi:10.1002 / anie.200703521. ISSN 1521-3773. PMID 18161716.

[14] Sakakibara, Shumpei; Tsuji, Frederick I .; Kimura, Terutoshi; Bódi, József; Nishio, Hideki; Inui, Tatsuya; Nishiuchi, Yuji (10. 11. 1998). „Chemická syntéza prekurzorové molekuly zeleného fluorescenčního proteinu Aequorea, následné skládání a vývoj fluorescence“. Sborník Národní akademie věd. 95 (23): 13549–13554. Bibcode:1998PNAS ... 9513549N. doi:10.1073 / pnas.95.23.13549. ISSN 0027-8424. PMC 24856. PMID 9811837.

[15] Kochendoerfer, Gerd G .; Salom, David; Lear, James D .; Wilk-Orescan, Rosemarie; Kent, Stephen B. H .; DeGrado, William F. (01.09.1999). „Total Chemical Synthesis of the Integral Membrane Protein Influenza A Virus M2: Role of its C-Terminal Domain in Tetramer Assembly“. Biochemie. 38 (37): 11905–11913. doi:10,1021 / bi990720m. ISSN 0006-2960. PMID 10508393.

[16] Linhardt, Robert J; Liu, Jian (duben 2012). "Syntetický heparin". Současný názor na farmakologii. 12 (2): 217–219. doi:10.1016 / j.coph.2011.12.002. PMC 3496756. PMID 22325855.

[17] Peterson, Sherket; Frick, Amber; Liu, Jian (2009). "Návrh biologicky aktivního heparan sulfátu a heparinu s využitím přístupu založeného na enzymech". Zprávy o přírodních produktech. 26 (5): 610–27. doi:10.1039 / B803795G. PMID 19387498.

[18] Mende, Marco; Bednarek, Christin; Wawryszyn, Mirella; Sauter, Paul; Biskup, Moritz B .; Schepers, Ute; Bräse, Stefan (13. července 2016). "Chemická syntéza glykosaminoglykanů". Chemické recenze. 116 (14): 8193–8255. doi:10.1021 / acs.chemrev.6b00010. PMID 27410264.

[19] Pfrengle, Fabian (říjen 2017). "Syntetické rostlinné glykany". Aktuální názor na chemickou biologii. 40: 145–151. doi:10.1016 / j.cbpa.2017.09.010. PMID 29024888.

[20] Kong, Dehui; Yeung, Wayland; Hili, Ryan (11.7.2016). "Generování knihoven syntetického kopolymeru kombinačním sestavením na šablonách nukleových kyselin". ACS Combinatorial Science. 18 (7): 355–370. doi:10.1021 / acscombsci.6b00059. ISSN 2156-8952. PMID 27275512.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]