有時候，偶然性，或者說是純粹的運氣，在科學發(fā)現(xiàn)中仍然起著關(guān)鍵作用。最近，一組化學家正在試驗使用生物催化過程來觸發(fā)環(huán)丙化反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn)生了用于各種藥物和其他自然過程的復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)，這時發(fā)生了一件不尋常的事情：一燒杯的液體本應(yīng)顯示為渾濁的紅色，卻變成了明亮的綠色。
該研究小組的成員包括史蒂文斯理工學院的研究人員以及來自牛津大學、康奈爾大學、羅切斯特大學和德克薩斯大學的同事，他們發(fā)表了對這一奇怪結(jié)果的解釋。他們表示即使化學反應(yīng)表面上很好理解，有時大自然也會選擇風景優(yōu)美的路線。
史蒂文斯大學化學與化學生物學系教授Yong Zhang解釋說:“事實證明，你不能假設(shè)只有一種化學途徑在起作用。我們更仔細觀察時，我們發(fā)現(xiàn)一些意想不到的、全新的化學反應(yīng)正在發(fā)生。”
這個反應(yīng)使用了工程血紅蛋白——像血紅蛋白和肌紅蛋白一樣，在我們的血液和肌肉中儲存和運輸氧氣，作為二氧化碳轉(zhuǎn)移反應(yīng)的催化劑。其目標是：利用碳烯(一種極具活性的碳基分子)生成環(huán)丙烷環(huán)，然后用環(huán)丙烷環(huán)生成一系列有用的化合物，包括許多重要的抗生素。
使用血紅蛋白來觸發(fā)該反應(yīng)是有吸引力的，因為它們含有豐富的鐵作為金屬中心，無毒，易于微調(diào)，并且在室溫下存活。Zhang博士解釋說:“這正是為了安全廉價地生產(chǎn)藥物所需要的。但如果結(jié)果是你還產(chǎn)生了意想不到的其他類型的分子，它可能會產(chǎn)生安全問題或影響反應(yīng)的效率。”
為了理解意想不到的化學反應(yīng)，研究人員使用了一系列尖端技術(shù)來探索起作用的化學，包括由Zhang博士領(lǐng)導(dǎo)的先進計算方法。其他研究單位使用Mössbauer光譜學和x射線晶體學等技術(shù)在原子尺度上表征分子，并結(jié)合計算準確地繪制出精確的結(jié)構(gòu)。
總的來說，研究小組的工作表明，雖然在許多情況下，環(huán)丙烷環(huán)是通過預(yù)定的血紅蛋白介導(dǎo)的二氧化碳反應(yīng)形成的，但也發(fā)生了許多其他復(fù)雜和意想不到的反應(yīng)。在某些情況下，計算方法揭示了罕見副反應(yīng)的可能性，這些副反應(yīng)需要比室溫反應(yīng)中通?？捎玫母嗄芰?。在其他情況下，計算和觀察方法確定了可能發(fā)生環(huán)丙烷化的多種競爭途徑。
值得注意的是，另一種途徑導(dǎo)致了一種名為Mb-cIII的肌紅蛋白變體復(fù)合物的形成，這是研究小組最初在燒杯中發(fā)現(xiàn)的一種奇怪的綠色化合物。進一步的研究表明，Mb-cIII配合物自然地再生了原始反應(yīng)中使用的血紅蛋白催化劑，使預(yù)期的環(huán)丙烷化反應(yīng)繼續(xù)進行。
“我們發(fā)現(xiàn)的不是死胡同，而是一條彎路，這是一個跡象，表明這些重要的反應(yīng)不是簡單和線性的，而是一個復(fù)雜的化學途徑網(wǎng)絡(luò)。”
Zhang博士說，該團隊能夠理清這些途徑并描述環(huán)丙烷化反應(yīng)的全部復(fù)雜性，這將簡化未來對基于碳的反應(yīng)和生物催化劑的重要研究。至關(guān)重要的是，它還顯示了使用計算和實驗方法來探索化學反應(yīng)的價值，并確保在探索新化學時考慮到所有可能的副反應(yīng)。
“作為科學家，我們需要保持開放的心態(tài)，如果你認為自己已經(jīng)完全理解了這些過程是如何運作的，那么你就限制了發(fā)現(xiàn)新事物的機會。”
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-5）
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