التوليف الحيوي
التخليق الحيوي هو مجال من مجالات التخليق الكيميائي العضوي المستوحى من علم الأحياء على وجه التحديد. يشمل المصطلح اختبار "فرضية بيولوجية وراثية" ( مسار مفترض لعملية التخليق الحيوي في الطبيعة) من خلال تنفيذ سلسلة من التفاعلات المصممة للتوازي مع التخليق الحيوي المقترح، بالإضافة إلى برامج الدراسة حيث يتم تصميم تفاعل أو تفاعلات اصطناعية تهدف إلى تحقيق هدف اصطناعي مرغوب لمحاكاة واحد أو أكثر من التحولات الأنزيمية المعروفة لمسار التخليق الحيوي المعروف . [1] [2] أقدم مثال يُستشهد به عمومًا على التخليق الحيوي هو التخليق العضوي للقلويد تروبينون الذي قام به السير روبرت روبنسون . [ 3]
من الأمثلة الحديثة على ذلك هو عملية تكوين حلقة بوساطة الكاربينيوم بواسطة إي جيه كوري للبوليين الخطي المصمم لتوفير نظام حلقة ستيرويد رباعي الحلقات، [4] والتي بنيت على دراسات تكوين حلقة كاتيونية للبوليين الخطي بواسطة ألبرت إيشينموسر وجيلبرت ستورك ، [5] [6] والدراسات المكثفة التي أجراها دبليو إس جونسون لتحديد المتطلبات اللازمة لبدء وإنهاء تكوين الحلقة، وتثبيت مجموعة الكاربينيوم الكاتيونية أثناء تكوين الحلقة (كما تفعل الطبيعة عبر الإنزيمات أثناء التخليق الحيوي للستيرويدات مثل الكوليسترول ). [7] فيما يتعلق بالتعريف الثاني، يمكن القول إن المحفزات العضوية أو غير العضوية الاصطناعية المستخدمة لإنجاز التحول الكيميائي الذي يتم في الطبيعة بواسطة محفز حيوي (على سبيل المثال، محفز بروتيني بحت ، أو معدن أو عامل مساعد آخر مرتبط بإنزيم ، أو ريبوزيم ) تحقق تخليقًا حيويًا، حيث تم تسمية تصميم وتوصيف مثل هذه الأنظمة التحفيزية بالكيمياء الحيوية . [8] [9] [10]
التوليفبروتو-دافنيفيلين
_Key_precursors_A_and_B_for_the_synthesis_of_proto-daphniphylline._(b)_Mechanisms_for_converting_dialdehyde_A_to_proto-daphniphylline..png/1280px-(a)_Key_precursors_A_and_B_for_the_synthesis_of_proto-daphniphylline._(b)_Mechanisms_for_converting_dialdehyde_A_to_proto-daphniphylline..png)
بروتو -دافنيفيلين هو مقدمة في التخليق الحيوي لعائلة من القلويدات الموجودة في Daphniphyllum macropodum . إنه مثير للاهتمام بسبب بنيته الجزيئية المعقدة مما يجعله هدفًا صعبًا لطرق التخليق العضوي التقليدية بسبب بنية الحلقة المندمجة ومركز الكربون الحلزوني. بناءً على مسار التخليق الحيوي المقترح لبروتو -دافنيفيلين من السكوالين ، طور كلايتون هيثكوك وزملاؤه تخليقًا كليًا أنيقًا وقصيرًا بشكل ملحوظ لبروتو -دافنيفيلين من مواد أولية بسيطة. [11] هذا مثال على كيف يمكن للتخليق الحيوي أن يبسط التخليق الكلي لمنتج طبيعي معقد.
تتضمن الخطوة الرئيسية في مسار هيثكوك التخليقي تحويل ثنائيات الألدهيد غير الحلقية A أو B إلى حلقات لتكوين بروتو -دافنيفيلين. يحتوي كل من ثنائيات الألدهيد (A أو B) على هياكل كربونية مماثلة للسكوالين ويمكن تصنيعهما من مواد أولية بسيطة. أدى معالجة A أو B بسلسلة من الكواشف البسيطة التي تحتوي على هيدروكسيد البوتاسيوم والأمونيا وحمض الأسيتيك إلى تكوين بروتو -دافنيفيلين. تم تكوين ست روابط سيجما وخمس حلقات في هذه الخطوة الرائعة. تم اقتراح في التقرير الأصلي أن الوسيط هيدروكسيل ديهيدروبيران C تم تكوينه لأول مرة عندما تمت معالجة مادة البدء في ثنائي الألدهيد (A) بهيدروكسيد البوتاسيوم. تم إنشاء وسيط 2-aza-1، 3-diene (D) من تفاعل الوسيط C مع الأمونيا. شكل تفاعل Diels-Alder المحفز بالحامض الوسيط E والذي تم تحويله إلى المنتج النهائي في ظل ظروف التفاعل.
أمثلة على التركيبات الحيوية المحاكية في ويكيبيديا
- كاربانون ، عبر نهج تشابمان
- سبيروتري بروستاتين ب ، من خلال نهج جانيسان
- حمض إندياندريك ، انظر التخليق الكلي الحيوي ، عبر نهج نيكولاو
أمثلة أخرى في الأدبيات حول التوليفات المحاكية للحيوية
- تخليق ميرك للستيرويدات من نوع ناكيتيربيوسين C-nor-D-homo ، على سبيل المثال، الهيكلية: حلقات مشقوقة ومتقلصة وممتدة (seco-، nor-، وhomosteroids) ، عن طريق هجرة ذرات C-13 [12]
- تخليق هيثكوك لقلويدات من نوع دافنيفيلين مشتقة من السكوالين ، عن طريق سلسلة من التتراسيكلايزيشن أو الخماسي التكراري [13] [14]
مراجع
- ^ de la Torre MC, Sierra MA (يناير 2004). "تعليقات على الإنجازات الحديثة في التخليق العضوي الحيوي". Angew. Chem. Int. Ed. Engl . 43 (2): 160–81. doi :10.1002/anie.200200545. PMID 14695603.
- ^ فان تاميلين إي إي (1961). “التوليفات الحيوية من المنتجات الطبيعية”. Fortschritte der Chemie Organischer Naturstoffe / التقدم في كيمياء المنتجات الطبيعية العضوية / التقدم في كيمياء المواد العضوية الطبيعية . المجلد. 19. ص 242-290. دوى :10.1007/978-3-7091-7156-1_5. رقم ISBN 978-3-7091-7158-5. PMID 13924635.
- ^ روبنسون ر (1917). "LXIII. A Synthesis of Tropinone". مجلة الجمعية الكيميائية، المعاملات . 111 : 762–768. doi :10.1039/CT9171100762.
- ^ Corey EJ, Luo G, Lin LS (1997). "تركيب انتقائي بسيط للسيستيرتيربين البحري رباعي الحلقات النشط بيولوجيًا سكالارينديال". J. Am. Chem. Soc . 119 (41): 9927–28. doi :10.1021/ja972690l.
- ^ Eschenmoser A, Felix D, Gut M, Meier J, Stadler P (1959). "بعض جوانب عمليات تكوين الحلقات المحفزة بالحمض للبوليينات التربينويدية". في Wolstenholme GE, O'Conner M (المحرران). ندوة مؤسسة سيبا حول التخليق الحيوي للتربينات والستيرويدات . ندوات مؤسسة نوفارتيس. لندن: J. & A. Churchill. ص 217-230. doi :10.1002/9780470719121.ch14. ISBN 9780470719121.
- ^ Stork G, Burgstrahler AW (1955). "الكيمياء الفراغية لتكوين البوليين الحلقي". J. Am. Chem. Soc . 77 (19): 5068–77. doi :10.1021/ja01624a038.
- ^ جونسون دبليو إس، مارشال جيه إيه، كاينا جيه إف، فرانك آر دبليو، مارتن دي جي، باور جيه في (1966). "التخليق الكلي للستيرويدات - نهج الهيدروكريسين - السادس عشر: الكونيسين الراسيمي، البروجسترون، الكوليسترول، وبعض المنتجات الطبيعية ذات الصلة". تيتراهيدرون . 22 : 541-601. doi :10.1016/S0040-4020(01)90961-5.
- ^ Breslow R (يناير 2009). "الكيمياء الحيوية: علم الأحياء كمصدر إلهام". مجلة الكيمياء الحيوية . 284 (3): 1337-42. doi : 10.1074/jbc.X800011200 . PMID 18784073.
- ^ Lee SC, Holm RH (أبريل 2003). "الكيمياء التركيبية التخمينية ومشكلة النيتروجيناز". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 100 (7): 3595-600. doi : 10.1073/pnas.0630028100 . PMC 152967. PMID 12642670 .
- ^ Breslow R (1995). "الكيمياء الحيوية والإنزيمات الاصطناعية: التحفيز بالتصميم". Accounts of Chemical Research . 28 (3): 146–153. doi :10.1021/ar00051a008.
- ^ Piettre S, Heathcock CH (يونيو 1990). "التوليف الكلي الحيوي للبروفيسور دافنيفيلين". مجلة العلوم . 248 (4962): 1532–4. رمز Bibcode :1990Sci...248.1532P. doi :10.1126/science.248.4962.1532. PMID 17818314. S2CID 37777797.
- ^ Gao S, Chen C (2012). "Nakiterpiosin". في Li JJ, Corey EJ (المحرران). Total Synthesis of Natural Products: At the Frontiers of Organic Chemistry . برلين: سبرينغر. ص 25-38. ISBN 978-3-642-34065-9.
- ^ Heathcock CH ، Hansen MM، Ruggeri RB، Kath JC (1992). "قلويدات Daphniphyllum. 11. التخليق الكلي الحيوي لميثيل هوموسيكودافنيفيلات. تطوير تفاعل التتراسيكلايزيشن". مجلة الكيمياء العضوية . 57 (9): 2544-53. doi :10.1021/jo00035a008.
- ^ Heathcock CH ، Piettre S، Ruggeri RB، Ragan JA، Kath JC (1992). "قلويدات دافنيفيليوم. 12. اقتراح التخليق الحيوي للهيكل الخماسي الحلقي. بروتو -دافنيفيلين". مجلة الكيمياء العضوية . 57 (9): 2554-66. doi :10.1021/jo00035a009.
قراءة إضافية
- بوبون إي، ناي بي، محرران. (2011). التوليف العضوي المحاكاة الحيوية . قلويدات. المجلد. 1. شركة Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. دوى :10.1002/9783527634606. رقم ISBN 978-3-527-32580-1.
- أشلي إي (5 يناير 2004). "التوليف الحيوي للمنتجات الطبيعية" (PDF) . ندوة أدبية، مجموعة أبحاث ستولتز . معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. مؤرشف من الأصل (PDF) في 23 يونيو 2010. تم الاسترجاع في 24 نوفمبر 2013 .
