동적 결합 화학

Dynamic combinatorial chemistry
DCC(Dynamic Combinatorial Chemistry)와 CDC(Dynamic Dynamic Chemistry) 분야에서 사용되는 용어.[1][2]

DCC(Dynamic Compinatorial Chemical, DCC)는 열역학 제어 하에서 단순한 건물 블록의 가역적 반응에 의해 형성된 새로운 분자를 생성하는 방법이다.[3][4]이러한 상호접속 가능한 빌딩 블록의 라이브러리를[further explanation needed] 동적 결합 라이브러리(DCL)라고 부른다.[5][6]DCL의 모든 구성 요소는 평형 상태에 있으며, 그 분포는 DCL 내의 열역학적 안정성에 의해 결정된다.이러한 건물 블록의 상호변환에는 공밸런스 또는 비공밸런스 상호작용이 포함될 수 있다.DCL이 외부 영향(단백질이나 핵산 등)에 노출되면 평형변동 및 외부 영향과 상호작용하는 성분들이 안정화되고 증폭되어 활성 화합물이 더 많이 형성될 수 있다.

역사

유기 합성에서의 동적 결합 화학의 초기 예.샌더스 외 연구진은 스테로이드 유도 매크로 사이클을 생성하기 위해 DCC를 고용했으며, 이 사이클은 트랜세스터화에 의한 상호 변환이 가능하다.

현대적 정의에 따르면, 동적 결합 화학은 일반적으로 열역학적 제어 하에 단순한 건물 블록의 가역적 연계에 의해 새로운 화학 종의 생성을 촉진하는 방법으로 간주된다.[4]이 원리는 반응 선택성의 제어를 지시하기 위해 일반적으로 합성 화학에서 사용되는 개념인 다수의 성분들의 평형화 혼합물에서 가장 열역학적으로 안정적인 제품을 선택하는 것으로 알려져 있다.[7]비록 이 접근법이 19세기 초에 피셔와[8] 베르너의 연구에서[9] 거의 틀림없이 활용되었지만, 탄수화물과 조정 화학에 대한 각각의 연구는 초보적인 추측에 국한되어 현대 열역학의 근거를 요구하였다.[10][11]초분자 화학이 분자 인식, 보완성, 자기 조직화의 초기 개념을 밝혀내고 나서야 화학자들은 고분자 표적의 합리적 설계와 합성을 위한 전략을 채택하기 시작할 수 있었다.[12]템플릿 합성 개념은 1960년대 부쉬의 선구적인 연구를 통해 더욱 발전되고 합리화되었는데, 이는 원하는 '열역학' 제품을 안정화시키는 데 있어 금속 이온 템플릿의 역할을 명확히 규정함으로써 복잡한 평형화 혼합물과의 격리를 가능하게 했다.[13][14]부쉬의 작업이 안정적인 매크로 순환 구조에 대한 강력한 합성 경로로서 템플릿 방법을 확립하는 데 도움이 되었지만, 이 접근법은 샌더스 외가 최초로 동적 결합 화학의 개념을 제안했던 1990년대 초까지 무기 화학의 영역 내에 독점적으로 남아 있었다.[4]그들의 작업은 열역학적 템플리트를 결합 화학적 결합과 결합하여, 간단한 빌딩 블록의 적당한 선택을 사용하여 앙상블 복합 포르피린과 이미네 매크로사이클을 생성했다.

그 후 샌더스는 유기적 합성을 위한 전략으로서 동적 결합 화학의 초기 발현을 개발했다. 첫 번째 예는 구성품 교환을 통해 상호 변환이 가능한 주기적인 스테로이드 유도 매크로 사이클을 조립하기 위한 올리고콜레이트의 열역학적으로 제어되는 매크로크론화였다.[15]샌더스 외 연구원의 초기 연구에서는 동적 결합 라이브러리를 생성하기 위해 시스터화를 채택했다.돌이켜보면, 성전환 과정이 본질적으로 느리고 격렬한 무수 조건이 필요하기 때문에 요소 교환을 중재하기 위해 에스테르가 선택된 것은 유감스러운 일이었다.[4]그러나 그들의 후속 조사에서는 이황화합물과 하이드라존결합 모두 효과적인 구성요소 교환 과정을 보여주고 있으므로 열역학 템플리트가 가능한 동적 결합 라이브러리를 생성하는 신뢰할 수 있는 수단을 제시한다는 것을 확인했다.이 화학은 현재 동적 공밸런트 화학의 발전 분야에서 많은 연구의 기초를 형성하고 있으며, 근래에는 분자 수용체 발견을 위한 강력한 도구로 부상하고 있다.

단백질 지시

DCC 분야에서의 주요 개발 중 하나는 DCL 내 구성요소의 진화와 생성에 영향을 미치는 단백질(또는 핵산과 같은 다른 생물학적 고분자)의 사용이다.[16][17][18][19][20][21]단백질 유도 DCC는 새로운 단백질 리간드를 생성, 식별, 순위를 매기는 방법을 제공하므로 효소 억제와 약물 발견 분야에서 큰 잠재력을 가진다.[22]

계략은 단백질 유도 동적 결합 화학(DCC) 이론을 예시한다.[23]

가역적 공밸런스 반응

단백질 방향 동적 결합 화학(DCC)에 적용된 가역성 공밸런스 반응의 유형.

채택된 가역반응은 생물학적 pH와 온도에서 수용액에서 발생해야 하며 DCL의 성분이 단백질과 호환되어야 하기 때문에 단백질주도형 DCC의 개발은 간단하지 않다.[16][22]

단백질 방향 DCC에는 몇 가지 가역적 반응이 제안 및/또는 적용되었다.여기에는 붕산염 에스테르 형성,[23][24][25] 이질화-이질화 교환,[26] 이질화 형성,[27][28][29] 헤미티올라크탈 형성, 히드라존 형성,[30][31][32][33] 이미네 형성[34][35][36], 티올-에논 교환이 포함되었다.[37]

사전 평형 DCL

수용성 버퍼에서 발생하지 않는 가역적 반응의 경우 사전 평형 DCC 접근방식을 사용할 수 있다.DCL은 처음에 유기 용매에서 생성(또는 사전 평형화)되었다가 선택을 위한 단백질 표적을 포함하는 수용성 버퍼로 희석되었다.Diels-Alder[38], 알켄 교차 메타텍스 반응 등 유기 기반 가역반응이 제안되거나 이 방법을 이용해 단백질 유도 DCC에 적용됐다.[39]

가역성 비동결 반응

금속-리간드 조정과 같은 가역성 비공용반응은 단백질 방향 DCC에서도 적용됐다.[40][41]이 전략은 대상 단백질의 결합 부지에 대한 최적의 리간드 입체화학 조사를 위해 유용하다.[42]

효소-카탈라이스 가역반응

단백질 유도 DCC에는 프로테아제-카탈라이스 아미드 결합 형성/수분해 반응[43], 알돌라제-카탈라이스 알돌 반응 등 효소-카탈라이스 가역반응도 적용됐다.[44][45]

분석 방법

단백질 유도 DCC 시스템은 효율적인 검사에 적합해야 한다.[16][22]단백질 유도 DCL의 분석에 몇 가지 분석 기법이 적용되었다.여기에는 HPLC,[27][31][32][35] 질량 분광학,[24][28][29][33] NMR 분광학,[23][25][30] X선 결정학 등이 포함된다.[46]

다단백질접근법

현재까지 단백질 유도 DCC의 대부분의 적용은 DCL에서 단일 단백질의 사용을 포함하였지만, DCL 성분과 상호작용하는 단백질 종을 검출할 수 있는 적절한 분석 기법을 이용할 수 있는 한, 여러 단백질을 동시에 사용하여 단백질 리간드를 식별할 수 있다.[47]이 접근방식은 특정 억제제 또는 광범위한 스펙트럼 효소 억제제를 식별하는 데 사용될 수 있다.

기타 응용 프로그램

DCC는 비정상적인 결합 성질을 가진 분자를 식별하는 데 유용하며, 다른 수단으로 쉽게 접근할 수 없는 복잡한 분자에 대한 합성 경로를 제공한다.여기에는 스마트 재료, 폴더머, 연동 구조를 가진 자가 조립 분자와 새로운 부드러운 재료가 포함된다.[4]휘발성 생체활성화 화합물, 즉 향기의 증폭과 감지를 감지하기 위한 DCC의 적용이 개념 논문에서 제안되었다.[48]최근 DCC는 생명체의 생물의 근원을 연구하는 데도 사용되었다.[49]

참고 항목

참조

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외부 링크