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《Nature | 益生元连接反应中的对称性破缺和手性扩增》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-02-29

  • 2024年2月28日，斯克里普斯研究学院(拉霍利亚)的研究人员在Nature期刊发表题为Symmetry breaking and chiral amplification in prebiotic ligation reactions的文章。

    生物分子的单一手性是生命的标志。然而，合理化单一手性的出现仍然是一个具有挑战性的目标。研究通常集中在初始对称性破坏和随后的对映体富集单体构建块-糖和氨基酸-组成遗传聚合物RNA和DNA以及肽。然而，如果这些结构单元仅是部分对映体富集的，则可能发生链增长的停滞，在核酸的情况下被异想天开地称为 “原始syn的问题” 。

    在研究一种新的生物前合理的蛋白肽途径时，研究人员发现该反应有利于异手性连接 (即L单体与D单体的连接)。尽管这一发现对于同手性L-肽的益生元出现似乎是有问题的，但矛盾的是，研究人员证明了这种异手性偏好为同手性链中的对映体富集提供了一种机制。即使复杂混合物中只有一个分子表现出对映异构体浓度不平衡 (非外消旋)，多组分竞争反应中的所有反应物和产物也会发生对称性破坏，手性放大和手性转移过程。溶解度考虑使进一步的化学纯化和增强的手性扩增合理化。实验数据和动力学模型支持了这种生物前合理的机制，即纯手性生物聚合物的出现。

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    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2023-12-24
    • 2023年12月20日，哥伦比亚大学等机构的研究人员在Nature发表题为RNA-mediated symmetry breaking enables singular olfactory receptor choice的文章。 嗅觉受体(OR)选择提供了等位基因竞争转录优势的一个极端例子，其中每个嗅觉神经元稳定地转录大约2,000个或多个OR等位基因中的一个。OR基因的选择是由一个多染色体增强子中心介导的，它激活单个OR的转录，然后是OR翻译依赖的反馈，稳定这种选择。 该研究利用单细胞基因组学，展示了许多具有可变增强子组成的竞争中心的形成，其中只有一个保留了常染色质特征和转录能力。此外，该研究提供的证据表明，OR转录在局部招募增强子并增强增强子中心的活性，而OR RNA在远距离上抑制竞争的ORs的转录，促进向转录奇点的过渡。OR转录足以破坏等能增强子枢纽之间的对称性，而OR翻译则稳定了主导枢纽的转录，这表明OR等位基因在转录流行方面可能存在顺序的非编码和编码机制。研究人员提出编码OR mrna具有影响核结构的非编码功能，增强其自身转录并抑制其竞争对手的转录，这对概率细胞命运决定具有普遍意义。
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  • 《上海有机所在催化不对称合成笼手性碳硼烷研究中取得进展》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2018-07-30
    •         过渡金属催化的不对称反应对于大量合成手性化合物以适应医药界对于手性药物日益增长的需要具有重要意义。近几十年来，出现了大量优秀的不对称反应用于合成手性分子，然而目前尚未有有效的方法应用到笼手性碳硼烷领域。十二顶点碳硼烷是由两个CH和十个BH顶点组成的笼状分子，被视为苯的三维类似物，具有σ芳香性及很好的化学稳定性，在生物医药（硼中子俘获疗法试剂）、有机光电材料、金属有机催化剂等领域有着重要的用途。然而由于不对称合成手段的缺乏，在硼笼上实现手性的研究尚处于简单手性拆分的初级阶段，大大限制了其应用于药物化学、材料化学及不对称催化等“手性”在分子设计中占有重要地位的领域。邻-碳硼烷的CH和BH位点分别位于高度对称的二十面体的十二个顶点，而取代基的引入可以降低分子的对称性，从而在硼笼上引进手性要素。例如，在1-位取代的邻碳硼烷4-或5-位再进行官能团化即可构建手性分子（图1）。 　　中国科学院上海有机化学研究所沪港化学合成联合实验室谢作伟课题组一直致力于发展过渡金属催化选择性碳硼烷BH位点官能团化方法。在前期发展的钯催化分子内B−H键芳基化工作基础上（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3502），通过手性拆分及衍生化确定了一对邻-碳硼烷分子内4/5-位B−H键选择性芳基化产物的绝对立体构型。并利用手性单膦配体(R)-BI-DIME首次实现了碳硼烷笼手性化合物的高效不对称合成，以最高可达96% ee的对映选择性高效构建含有新型手性硼笼骨架的分子内B−H键芳基化-环化产物（J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b01754）（图2）。DFT计算表明在手性催化剂金属中心对邻-碳硼烷不对称B−H亲电取代的关键反应步骤中，S-与R-构型过渡态在能量上有2.0 kcal/mol的差值，在机理上进一步验证了催化过程的立体选择性。以此为基础，关于手性硼笼分子的设计研究将开启碳硼烷化学研究的全新领域。该工作被JACS Spotlights 以Direct Chiral-at-Cage Carborane Construction 为题作了亮点介绍。 　　上述研究工作在谢作伟和副研究员邱早早共同指导下完成，期间得到了研究员唐勇、游书力和汤文军的大力支持和帮助，是沪、港两地科研人员跨领域积极合作的代表性工作。该研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院-香港裘槎基金会联合项目和国家自然科学基金委-香港研究资助局联合项目的资助。
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