研究人员创造出产量和一致性更高的含ADP或ATP的分子

含有二磷酸腺苷(ADP)或三磷酸腺苷(ATP)的重要生物分子可以修饰蛋白质和核酸等大分子，从而改变其在细胞中的功能。然而，使用传统方法合成含有ADP和ATP的分子具有挑战性。

一种新的化学反应极大地提高了反应过程中产生的含有ADP和ATP的合成分子的数量，使研究人员能够利用和更好地了解这些分子在细胞中的作用。

传统的生成含ADP和ATP分子的方法存在许多缺点，包括程序复杂、干燥条件、低重现性和反应产率低。此外，许多这些反应只能容纳一小部分可以构建ADP或ATP框架的分子，从而限制了它们的实用性。

为了解决这个问题，一个研究小组开发了一种新的化学反应，可以高产量地可靠地生产含有ADP和ATP的分子。为此，该团队修改了一种偶联反应，以创建含有ADP和ATP的分子，包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+，一种参与能量代谢的分子)类似物。

研究小组在7月19日出版的《化学：欧洲期刊》上发表了这项研究成果。

“传统偶联反应的问题在于，在化学合成含有ADP和ATP的分子时，缺乏可重复性，而这些分子是分子水平研究所必需的，需要通过传统方法阐明其详细的生物学功能。这种可重复性的缺乏是由于高极性含磷酸盐底物中含有水分，”日本岐阜大学糖核研究所(iGCORE)和联合农业科学研究生院副教授、论文的资深作者Hide-NoriTanaka说道。

构建ADP或ATP框架的传统方法通常需要磷酸保护基来掩盖分子上可能干扰反应的功能基团的化学性质。在这种情况下，保护基是必要的，以保护带负电荷的磷酸基团不与水相互作用。一旦发生偶联反应，这些保护基随后需要被去除。

另外，其他反应使用2-(N-咪唑基)-1,3-二甲基咪唑啉氯化物(ImIm-Cl)在一个磷酸盐和另一个磷酸盐之间形成焦磷酸键(两个磷酸盐结合时会失去一个水分子)，而无需保护基。然而，这些反应限制了可以连接到ADP的分子，并且产量不高。

田中说：“为了解决(合成)问题，我们开发了一种高效可靠的方法，通过使用水解稳定的磷酸盐活化试剂，通过无保护基反应，能够可重复、高产量地获取含ADP和ATP的分子。”

具体来说，研究团队通过修改ImIm-Cl来创建更有效的偶联反应，使分子在水中稳定，从而消除了含水量问题。为了实现这一点，研究人员在ImIm-Cl中引入了一个小甲基(-CH3)，制成了ImIm-Cl类似物2-MeImIm-Cl，它具有疏水性，在水中几乎不水解。

值得注意的是，使用2-MeImIm-Cl优化的偶联反应对各种不同的分子都实现了高产量。ADP-核糖(核糖是一种5碳糖)衍生物的产量在55%到75%之间。NAD+类似物的产量达到53%到84%。高难度的ATP形成物的产量在46%到67%之间。代表更大分子偶联的ADP-核糖肽也以65%到70%的产量生成。

新反应提高了传统偶联方法的效率、产率和复杂性，为研究人员提供了一种更实用的合成含ADP和ATP分子的方法。

Tanaka表示：“下一步是利用这种方法合成结构多样、结构明确的ADP和ATP含生物分子，如ADP核糖肽/蛋白质、核苷寡磷酸盐和寡/聚ADP核糖。我们的最终目标是利用合成分子的化学生物学方法阐明它们的详细功能。”

来自日本岐阜大学联合农学研究院的RuiHagino、来自岐阜大学应用生物有机化学系的RyoKuwabara、来自岐阜大学糖核心研究所(iGCORE)的NaokoKomura、来自iGCORE、岐阜大学联合农学研究院和应用生物有机化学系的AkihiroImamura和HideharuIshida，以及来自iGCORE和岐阜大学联合农学研究院的HiromuneAndo也参与了这项研究。