利用系统化学实现协同生物聚合物功能

生物学的成功在于维持着远离平衡的化学和结构信息的复杂网络。突出显示的手稿的指导前提1合成化学和材料化学是否能够实现自下而上的替代网络构建,以捕获生物系统的多功能和适应性。这样的系统不仅为制造和选择多功能材料提供了新方法,而且还重塑了我们对达尔文进化论的理解。在过去的十年里,系统化学的一个新领域出现了,它可能会解决这些挑战。卓越的生物模拟行为,如分子振荡、动态信息存储、燃料驱动的分子马达和物理相驱动的分子选择已经实现。

图1所示。肽(右)和核酸(左)的协同作用使生物聚合物的协同作用多样化。

尽管这些成就令人瞩目,但从真核微生物群落的不同关联到广阔的水生群落和人类社会,互惠互利的相互依存关系始终存在于所有生物尺度上。这些分子间的相互作用被视为生物学中心法则的基础。重新设计这些大分子协同作用仍然是合成生物学的主要挑战,但是用简单的化学成分和支架来创造它们对系统化学来说是一个挑战。通过将信息流的动态化学网络(DCN)与生物聚合物组装的动态相网络(DPN)(活细胞的基本要素)相结合,本文概述了一种方案,以实现生物聚合物中发现的互补的替代协同功能。

合成dcnn的灵感来自于美丽的基因调控系统和生物学的自催化反馈,以及用于存储和处理信息的新替代网络已经出现。就像聚合酶保留了提高保真度的编辑功能一样,更简单的合成网络也可以通过可逆键实现,包括二硫化物、硫酯和亚胺,这些键可以精确地动态捕获。这些合成信息模板对环境输入保持响应,并产生了用于存储和处理分子信息的自催化、交叉催化甚至构象突变反应途径。虽然这些DCNs已经实现了化学信息扩增的新手段,但向互惠系统的过渡可能会捕获生物功能所需的超分子复合支架所实现的多样性。

DPNs支持活细胞中包含的多组分超分子共组装的结构,例如不同的膜双层,复制复合物和核糖体。图1概述了蛋白质和核酸在这种共组装中的共组装,突出显示的手稿将两步成核过程发展为支撑生物聚合物组装的过程,并为导致更复杂的共组装的过程奠定了基础。该手稿讨论了化学和相网络的组合,以最小细胞的功能为中心,并设置了阶段,询问这些组合的网络是否能够模仿渐进扩增,突变和选择化学信息的基本要素,以实现持续的化学进化。

陈亮,David G. Lynn
美国埃默里大学生物与化学系,乔治亚州亚特兰大30322

出版

扩展生命的信息化学:肽/RNA网络。
O Taran, Chen C, Omosun TO, Hsieh MC, Rha A, Goodwin JT, Mehta AK, Grover MA, Lynn DG
Philos Trans A数学物理工程科学2017年12月28日

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