https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2025-nk82p
요약
- 펩타이드 응축체 기반 수계 화학반응 조절 시스템 개발: 본 논문은 설계된 펩타이드 기반 응축체를 통해 수용액 내에서 click 화학 반응(CuAAC)을 효율적으로 조절하는 시스템을 제안하였으며, 응축체 내 소수성 정도(hydrophobicity)를 정밀 조절하여 반응속도와 생성물 위치를 제어할 수 있음을 보여주었습니다.
- 이소류신 개수에 따른 소수성 조절: 펩타이드 서열에 이소류신(Ile)을 0개(WGI-0), 1개(WGI-1), 2개(WGI-2) 삽입하여 소수성을 단계적으로 변화시켰고, 중간 정도의 소수성(WGI-1)이 반응 효율 및 생성물 선택성 면에서 최적임을 확인하였습니다.
- 소수성 증가에 따른 물성 변화: FRAP 실험을 통해 응축체의 역학적 성질을 분석한 결과, WGI-2는 액체가 아닌 고체에 가까운 성질을 보이며 반응성이 저하되었고, WGI-1은 반응물의 효율적 포획과 높은 반응 전환율(약 60%)을 보였습니다.
- 응축체 내부 반응물 농도에 따른 생성물 위치 조절: MES buffer(pH 7.5) 환경에서 특히 WGI-1 응축체는 생성물이 응축체 내부에 국한되게 형성되며, 이는 반응물 포획률이 90% 이상으로 높기 때문입니다. 반대로, WGI-0은 낮은 포획률을 보여 생성물이 주로 희석상에 존재했습니다.
- 그린 케미스트리 플랫폼으로서 응용 가능성 제시: 본 연구는 유기용매 없이도 반응을 유도할 수 있는 친환경적이고 조절 가능한 반응기 역할로서 펩타이드 응축체의 가능성을 제시하였으며, 향후 생물의학 및 생명공학 분야에서 선택적 반응 제어 및 생체 내 인공 소기관 개발 등에 적용될 수 있습니다.
Abstract
Biomolecular condensates, formed through liquid-liquid phase separation (LLPS), serve as dynamic platforms for biochemical regulation. Inspired by these natural systems, we developed designer peptide-based condensates to modulate chemical transformations, focusing on the Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition click reaction between hydrophobic reactants as a model system. By incorporating varying number of isoleucine residues into peptide sequences, we tuned hydrophobicity of the condensates, influencing reaction rate and conversion. Condensates formed by a peptide with a single isoleucine enhanced reactant recruitment and reaction efficiency, while excessive hydrophobicity resulted in solid-like condensates that impeded catalysis. Notably, we deciphered the factors that affect reactant recruitment, eventually resulting in a complete spatial regulation of product localization inside the condensates. The study highlights the critical balance of hydrophobicity for optimal reaction performance in condensates, demonstrating a new approach to regulate chemical transformations in water-based systems. This work establishes a foundation for engineering biomolecular condensates as green chemistry platforms and reaction vessels for applications in biotechnology and biomedicine.