KR20110014561A - 인공 효소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효소 활성 부위의 모사에 있어서 인공 폴리머를 사용하는 것에 관한 것이며, 또한 이러한 인공 효소를 사용하여 촉매작용을 수행하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서 언급되는 인공 효소는 일반적으로 반응을 위해 최적의 화학적으로 활성인 원자에 특이성을 나타내는 폴리머를 기본물로 하는 스캐폴드도 포함하는 것으로서, 단지 천연 효소를 모사한 효소만을 의미하는 것은 아니다. 이러한 모사에는 다양한 폴리머가 사용될 수 있는데, 그 예로는 폴리이미드, 폴리우레아, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 및 폴리락트산을 포함할 뿐만 아니라, 천연 및 인공 아미노산과 통합을 가능하게 하는 작용기 및 특성을 가진 다른 폴리머, 친핵성 기 및 친전자성 기(각각 아미노산의 아민 및 카르복실 작용기)를 갖는 다른 분자 뿐만 아니라, 대부분의 아미노산 내의 고유한 직교 작용기(즉, 아민기, 카르복실기, 포름아미드기, 수산기, 메르캅실기 및 포화 탄화수소)와 통상적으로 관련이 없는 특유의 화학적 능력에 기여하는 다른 분자도 포함한다.

Description

인공 효소{Artificial Enzymes}

본 발명은 효소의 제조, 특히 유기 폴리머와 생체촉매 작용기(biocatalytic functionality)를 갖는 활성 부위(active site)를 함유하는 인공 효소의 제조에 관한 것이다.

본 출원은 본 명세서에서 참고문헌으로 소개되는, 2008년 2월 28일 출원된 미국 가특허출원 제61/032,118호와 관련된 것이다.

효소는 특정 형상으로 폴딩(folding)됨으로써 그 결과 생화학적 촉매가 되는 하나 이상의 폴리펩티드 사슬로 구성된 크고 입체구조적으로 복잡한 구조체이다. 생태계는 영양적, 형태적 및 기타 다른 목적을 위해서 작은 크기에서 중간 크기의 다양한 범위의 분자의 사용을 필요로 하는데, 작은 분자는 종종 중합 형태의 큰 분자를 분해해서 이용해야만 한다. 생존성 에너지 생산에 있어서, 다당류, 큰 단백질 및 긴사슬 지방산이 탄소, 기타 다른 원소 및 환원 전위의 가장 보편적인 공급원이다. 따라서, 가장 중요한 부류의 효소는 이화 작용, 즉, 큰 분자를 보다 작은 단위로 분해하는 작용을 가진 효소이다. 큰 분자의 분해를 촉매화하는 분해 효소의 대부분은 가수분해 효소로서, 이 효소들은 천연 폴리머의 하나 이상의 모노머 사이에 물 분자 삽입을 촉진시킨다. 도 1은 리소자임의 카르복실 작용기에 의한 펩티도글리칸의 해중합(depolymerization)에 대한 메카니즘을 보여준다. D.J.Vocadlo et al., Nature 412, 835 (2001) 참조.

인공 시스템의 개발에 있어서 많은 제한요소 중의 하나는 정교하게 모사(mimic)한 생물학적 과정이 천연 효소와 유사한 기능을 수행하는 모사 효소의 개발이라는 점이다. 특히 필요한 것은 다당류 또는 긴사슬의 당을 기본물로 하는 모노머의 분해를 촉매화하는 효소인 글리코시드 가수분해 효소로 알려진 가수분해 효소 서브세트를 모사하는 것이다. 이러한 효소의 대부분은 활성 부위 또는 "촉매성 클레프트(catalytic cleft)"에서 적어도 수개의 촉매 활성(즉, 결합, 해중합 및 방출)을 발휘한다. 촉매성 클레프트라는 용어는 X-선 결정학, 핵자기공명(NMR) 및 고속 컴퓨터 모델에 의해 예측되는 바와 같이, 활성 부위가 형성하는 형태 때문에 사용되는 단어이다. 간단히 설명하면, 활성 부위는 연장시킨 여물통, 입 또는 열린 주머니로 묘사되는 변형 형태로 보인다. 몇몇 효소에 있어서, 활성 부위는 완전히 닫힌 형태, 즉 터널 또는 칼집의 형태를 취한다. 대부분의 경우, 활성 부위를 포함하는 영역은 적어도 반정도 닫힌 용적을 형성하는데, 이 용적 내에서 멀티-당류 기질이 차례차례로 (i)일시적으로 통합되고, (ii) 촉매성 아미노산 잔기와 백본(backbone) 구조에 노출된 다음, (iii) 촉매 작용의 산물로서 남겨진다. 어떠한 경우도, 촉매 자리 또는 클레프트는 글리코시드 가수분해 효소의 경우 다당류의 분해에 매우 적합한 구조적으로 특이적이고 화학적으로 고유한 구조를 한정한다. 도 2A 및 2B는 활성 부위의 예를 보여준다. 도 2A는 헥소키나제의 공간 채움 모형(space filling model)을 보여준다. 도 2B는 카르복시펩티다제 A[Dept. of Chemistry, Washington University]의 활성 부위 내의 주요 잔기 및 금속 이온 보조인자(채색되어 있음)를 보여준다.

활성 부위는 별문제로 하고, 일반적으로 효소의 나머지 부분은 흔히 다양한 형태의 구조적으로 폴딩된 선형 사슬의 폴리펩티드인 복합적인 구조 서브유니트로 구성되어 있다. 대부분의 경우, 단백질 복합체의 이러한 "비효소" 부분은 복합체의 의해 흡수되는 총 질량, 아미노산 잔기 수, 부피의 90%를 초과한다. 겉으로 보기에, 이러한 비효소 부분은 생물학적 기능, 예를 들어 다당류의 가수분해와 직접 관련이 없는 임무를 수행하는 단백질의 매우 큰 부분을 말한다. 당해 분야에 종사하는 사람에게 익숙한 생화학적 이론에 따르면, 효소의 구성 대부분은 작고 중요한 촉매 부분을 촉매 작용을 개시할 수 있는 3차원(3D) 입체구조(conformation)로 유도하기 위해 구조 스캐폴드(scaffold) 또는 지지체로서 역할을 하며, 보다 간결하게 설명하면, 효소의 구성 대부분은 효소의 촉매 부분을 활성 부위로 폴딩하는 역할을 한다. H.S.Taylor, Proc . R. Soc .( London ) A108, 105 (1928); and Warshel and Levitt, J. Mol . Biol . 103, 227 (1976) 참조. 이는 관련 잔기 충실성의 불균형이 기질 유도성 형태 변화의 영향을 완화시키는 기능, 촉매 작용에 도움을 주는 입체구조적 변화를 촉진시키는 기능, 및 반응물과 생성물 사이의 전이 상태를 안정화시키는 산화 및/또는 환원을 기반으로 하는 메카니즘을 위한 전자 공급원/싱크로서 역할을 하는 기능과 같은 예시적인 기능을 통한 촉매 작용 촉진에 있어서 효소의 비촉매적 부분의 역할을 감소시킨다는 것을 의미하는 것은 아니라는 점을 시사한다.

또한, 이러한 선험적인 구조적 충실성의 불균형은 활성 부위가 효소의 단지 5%만을 차지한다는 것을 시사한다. 예를 들어, 1000개 범위의 아미노산 잔기의 크기를 가진 셀룰라아제의 경우에도, 촉매 작용은 단지 약 50개 아미노산에 의해 한정되는 용적 내에서 발생할 수 있다. 3D 모형 및 기타 다른 연구에서, 셀룰로오스와 같은 큰 다당류의 작은 다당류 또는 단당류로의 가수분해는 촉매-촉진제(주로 전이 상태 안정화 및 가수분해에서)로서 역할을 하는 두자리 수의 아미노산을 함유하는 셀룰라제(예를 들어, 엔도- 또는 엑소-글루카나제, 또는 베타-글루코시다제)의 활성 부위를 한정하는 밀폐 공간 내에서, 또는 예를 들어 결합, 위치 확정, 전자 공급원 또는 싱크, 산화환원 전위의 완충, 마찰공학적 지지(tribological support)(즉, 용매화 촉진) 및 생성물 방출과 같은 활성의 직접적인 지지하에서 이루어질 수 있다는 결론을 얻었다. 도 3A는 Rhodothermus marinus 균주로부터의 셀룰라제 12A의 3차원 위상 구조 표현으로서, 기질을 노란색으로 보여준다[Centre for Extremophile Research, University of Bath, UK]. 도 3B는 셀룰라제 6B(적색), 셀룰라제 6A-네이티브(청색) 및 셀룰라제 6A 글루코오스/셀로테트라오제 복합체(노란색)의 활성-중심 루프의 입체 구조 표현을 보여준다. G.J.David et al., Biochem . J. 348, 201 (2000) 참조.

기존의 "가소성 효소" 또는 "합성 효소/신자임" 제조 기법은 분자 각인법(Molecular imprinting)을 포함하는데, 이는 구조 스캐폴드로서 역할을 하는 폴리머와 촉매적으로 활성인 단백질(전체적 또는 부분적)의 통합(때때로 폴리머-지지 효소 또는 매트릭스-부동화 효소로 불림)을 포함한다.

분자 각인법은 높은 친화성 및 선택성을 가진 바람직한 기질 또는 템플릿식하고 결합시킬 수 있는 폴리머 물질을 제조하는 기술이다. 분자 각인 폴리머(MIPs)는 크로마토그래피 및 고체상 추출법에서 고정상으로서, 센서에서 인식 소자로서 그리고 화학 반응의 촉매로서 다양한 용도로 사용된다. 분자 각인법에 있어서, 템플릿 분자는 폴리머 상에 3차원(3D) 입체구조를 형성하는데 사용된다. 분자 각인에는 이후에 중합되는 템플릿과 상호작용에 의해 그 위치가 결정되는 모노머를 사용하는데, 그럼으로써 폴리머에 이제 투입되는 중요한 작용기와 템플릿 사이에 공간 관계를 계속 유지할 수 있다. 템플릿 분자에 대한 기억 효과를 유지하기 위해서, 일반적으로 MIP는 고도로 가교화되고 경성인 특성을 가진다. 그럼으로써, MIP는 템플릿 분자를 다시 묶을 수 있거나 또는 형태-유도성 템플릿과 유사한, 또는 입체구조적으로 표적 분자와 유사한 촉매적 방식으로 작용하는 촉매의 활성 부위를 모사할 수 있다. 이러한 전략 뒤의 이론적 원리는 1890년대에 Fisher가 주장한 "락 앤드 키" 모형으로서, 여기서 키는 템플릿이고 락은 촉매 부위이며 폴리머는 키에 접촉하는 락의 부분을 모사하기 위해 만들어진 것이다. E.Fisher, Ber . Dtsch . Chem . Ges. 23, 799 (1890) 참조.. MIP에 대한 단점이 3가지라는 것은 당해 분야에 널리 알려져 있다. 즉, (1) 촉매 부위를 모사하기 위한 폴리머에 대한 의존성, (2) 생체촉매적 입체구조인 것으로 추측되는 것을 유지하는데 있어서 폴리머의 한계(및 추론에 의하면, 기질로부터의 전이물질을 효율적으로 생성하는 방식으로 -최소한- 초기 기질, 전이 상태 및 생성물 분자를 유지하는데 요구되는 입체구조적 유연성의 한계), 및 (3) 표적 분자와의 결합, 전이 상태의 안정화 및 생성물 방출을 수행하는 촉매적 아미노산 잔기를 적절하게 모사하기 위해서 폴리머에 통합되어야 하는 작용기의 부족이다. 도 4는 아크릴-당류 폴리머의 분자 각인의 예를 보여준다. Y.Kanekiyo et al., Chem . Commun ., 2698 (2002) 참조.

효소의 입체구조가 어떻게 촉매작용을 촉진시키는지에 관한 최근 이론은 Koshland가 주장한 유도적합 모형(induced fit model)을 포함한다. D.E.Koshland, Proc. Natl . Acad . Sci . U.S.A. 44, 98 (1958) 참조. 이 모형은 단백질을 기본물로 하는 폴리머의 입체구조적 다양성이 최소한 인식/결합, 전이상태 안정화, 및 생성물의 방출에 필수적이라는 것을 설명해 준다. 유도적합 모형은 MIP와 같은 락-앤드-키를 기반으로 하는 촉매 폴리머가 정확한 범위의 입체구조 상태를 추측하기 위한 유연성이 부족하기 때문에 태생적인 결점을 가진다는 사실을 암시한다. 또한 상기 모형은 촉매적 산화/환원 촉진 및 완화, 전이 상태 안정화, 용매화, 및 기타 다른 필요한 "활성 부위" 작용기를 포함해서 입체구조 상태를 모사할 수 있는 폴리머가 촉매적 능력을 가진 시스템으로서 생물학적 효소와 매우 유사하다는 것을 시사한다.

따라서, 천연 효소의 유연성 입체구조와 기능을 정교하게 모사하는 인공 효소를 합성하기 위한 개선된 방법에 대한 필요성이 요구된다. 특히 이러한 개선 방법은 화학적 작용기를 가진 인공 폴리머를 변형시켜 원하는 입체구조가 되도록 폴딩함으로써, 그 결과 효소의 생체촉매 활성을 갖는 형상의 폴리머를 제공한다.

본 발명은 생체촉매 작용기를 갖는 활성 부위를 형성하기 위해서 공중합되는 가소성 또는 기타 다른 유기 분자를 함유하는 인공 효소에 관한 것이다. 활성 자리는 전술한 가소성 물질 및 기타 다른 중합 유기 분자, 천연 또는 인공 아미노산, 친핵성 및/또는 친전자성 기를 가진 분자 또는 대부분의 아미노산 내의 고유한 직교 작용기와 통상적으로 관련이 없는 특유의 화학적 능력에 기여하는 분자를 포함할 수 있다. 특유의 화학적 작용은 케토-엔올 반응성, 엔-디올 형성, Sn1 및 Sn2 치환, 디엘스-알더 반응(diels-alder reaction), 일반적인 복분해, 또는 복합체 금속-유기 작용, 니트로 알돌(헨리 반응), 크뇌베나겔 반응(Knoevenagel reaction), 모리타-베일리스-힐만 반응(Morita-Baylis-Hillman reaction), 스테그리히 재배열(Steglich rearrangement), 1,3-이극성 시클로첨가반응, 슈트레커 합성(Strecker synthesis), 알릴화, 알킬화, 할로겐화 및 아민화 등을 포함한다. 가소성 물질은 폴리우레아, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 또는 폴리락트산을 포함한다. 가소성 물질은 하나 이상의 다른 가소성 물질, 결합제 또는 가교제와 공중합될 수 있다. 인공 효소는 글리코시드 가수분해효소일 수 있다.

본 발명의 방법은 천연 효소의 유연성 입체구조와 기능을 정교하게 모사하는 인공 효소의 합성을 가능하게 한다. 본 방법은 화학적 작용기를 가진 인공 폴리머를 변형시켜 원하는 입체구조가 되도록 폴딩함으로써, 그 결과 효소의 생체촉매 활성을 갖는 형상의 폴리머를 제공하는데 사용될 수 있다. 이러한 형상 및 기능을 가진 폴리머는 또한 비오틱(biotic) 효소가 가지지 못하는 기능성을 가질 수 있으며, 즉 트랜스-비오틱 촉매작용을 수행할 수 있으며, 용매화, 온도, 압력, 전자기 방사선의 조건하에, 그리고 통상적으로 비오틱 효소의 촉매 활성을 무력화시키는 저해 보조인자의 존재하에, 즉 트랜스-비오틱 상태하에 이러한 촉매작용을 수행할 수 있다. 촉매 작용의 촉진 및 지지에 있어서 인공 폴리머의 성질은 지지되고 기능화된 활성 부위에 우수한 구조적 특성을 제공하며, 이로써 특히 산업 공정에서, 보다 오랫동안 지속될 수 있고, 보다 용이하게 촉매 시스템으로 사용될 수 있게 한다.

본 명세서에 첨부되어 명세서의 일부를 구성하고 있는 첨부 도면은 도면 설명과 함께, 본 발명을 구체적으로 설명해 줄 것이다. 도면에서, 같은 구성요소는 같은 번호로 표기된다.
도 1은 리소자임의 카르복실 작용기에 의한 펩티도글리칸의 해중합의 메카니즘을 보여준다.
도 2A는 헥소키나제 공간 채움 모형을 보여준다. 도 2B는 카르복시펩티다제 A의 활성 부위 내의 주요 잔기 및 금속 이온 보조인자(채색되어 있음)를 보여준다.
도 3A는 Rhodothermus marinus 균주로부터의 셀룰라제 12A의 3차원 위상 구조 표현으로서, 기질을 노란색으로 보여준다. 도 3B는 셀룰라제 6B(적색), 셀룰라제 6A-네이티브(청색) 및 셀룰라제 6A 글루코오스/셀로테트라오제 복합체(노란색)의 활성-중심 루프의 입체 구조 표현을 보여준다.
도 4는 아크릴-당류 폴리머의 분자 각인의 한 예를 보여준다.
도 5는 다른 모노머와의 촉매작용, 공중합, 폴딩 및 데코레이션에 도움을 주는 작용기를 가진 폴리아크릴산의 종류를 보여준다.
도 6은 기질(적색과 청색이 있는 노란색 구형체)이 위치화되어 있는 촉매 자리(녹색)를 지지하고 있는 인공 폴리머(청색)를 포함하는 활성 부위 모사체의 개략도를 보여준다.
도 7은 폴리펩티드에 적용할 수 있는 엔트로피 상태(entropic state)의 폴딩 터널 표현을 보여주며, 여기서 N=올바른 폴딩 상태를 의미한다.
도 8은 공중합의 인라인(좌측)과 데코레이션(중간 및 우측) 모드 사이의 차이점을 개략적으로 보여준다.
도 9는 "고전" 듀얼-모노머 이질성 코폴리머의 예를 보여준다.
도 10은 PEG화된 로이신의 백본/인라인 공중합을 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다.
도 11은 인라인 공중합 과정에서 폴딩/방향의 변화를 유도하는 비천연 아미노산을 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다.
도 12는 결과적으로 3차 아미드가 되는 N-기능화 모노머와의 데코레이션 공중합 과정에서 스캐폴드로서 사용될 수 있는 폴리펩티드-기초로 하는 "컨포마머(conformamer)"를 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다.
도 13은 아미노산 등에 부착되는 기능화 모노머와의 데코레이션 공중합 과정에서 스캐폴드로서 사용될 수 있는 가소성 물질-기초로 하는 "컨포마머"를 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다.
도 14는 이후 얻어지는 사전 폴딩된 어드레스 가능한 템플릿에 대한 단일 가닥 DNA와의 이질성 공중합을 위한 가소성 물질-기초로 하는 스캐폴드를 포함하는 예시적인 합성 방법(상단), NDA 혼성화를 통해 근접하게 템플레이팅된 반응물질과의 가능한 반응의 종류(중간), 중합 및/또는 직교 작용화에 사용될 수 있는 비천연 아미노산(하단)을 보여준다.
도 15는 백본 폴딩, 가교결합, 촉매화를 유도하고 다른 모노머에 대한 기능화((functionalization)) 포인트로서 역할을 하는 알데히드 작용기를 사용하는 예시적인 합성 방법을 보여준다.
도 16은 가소성 물질을 기본물로 하는 폴리머의 예를 보여준다.
도 17은 작은 서브분자 폴다머(foldamer)의 개념을 보여준다.
도 18은 유기금속과의 기능화를 보여준다.
도 19는 메르캅틸-함유기(예를 들어, 시스테인)의 결합을 위해 말레이미드를 사용한 폴리스티렌 말단의 기능화를 보여준다.
도 20은 아민기와 수산기로 사전기능화된, "클레프트" 입체구조가 되도록 폴딩된 서브분자 유니트의 예를 보여준다[도면은 실리카 모노머로부터 취한 것임. Prof. Q. Yang, Acad. Sinica, PRC].
도 21은 (반시계방향으로) 아민기, 카르복실산기, 알데히드기, 수산기, 이미다질기 및 피리딜기로 사전기능화된, "클레프트" 입체구조가 되도록 폴딩된 서브분자 유니트의 예를 보여주며, 여기서 각 기능화는 구조물의 각 페닐기를 기본으로 하는 모노머에 특유한 하나의 "어드레스"에 위치한다. 이 유니트는 하단에 굵은 사선으로 도시되어 있는 바와 같이 고체상에 고정되어 있다. G.C. Lloyd - Jones , Annu . Rep. Prog . Chem . 97 (2001) 참조.
도 22는 5개의 어드레스 클레프트가 되도록 중합된 여러개의 비-페닐 고리형 모노머로 구성되어 있는 서브분자 유니트의 예를 보여주며, 여기서 각 유니트는 직교형 화학적 기능 잠재성을 가진다. 이 구조도 또한 하단에 도시된 바와 같이 중합 및 가교된 기에 의해 고체상에 고정되어 있다.
도 23은 고리의 내부 상에 있는 큰 단일 또는 이중 구형체 부분으로서 번호가 10까지 매겨져 있는 작용성 "어드레스"를 가진, 일부가 절단된 고리형 입체구조가 되도록 폴딩된 서브분자 유니트의 예를 보여준다. 미국 특허 제 6,716,370 호(Kendig) 참조.
도 24는 5개의 서브분자 유니트가 가교결합되어, 하단에서부터 상단 방향으로 클레프트 엔클로져 크기가 점차로 커지는 촉매 클레프트를 형성하는 초분자 구조체의 예의 조망도이다. 각 유니트는 도 21 ~ 23에서 기술한 바와 같이 직교성 기능화될 수 있다.
도 25는 일부가 절단된 고리 형상을 하며 그 내부면이 기능화된 다수의 서브분자 유니트가 가교결합되어 우측에서부터 좌측 방향으로 엔클로져 크기가 점차로 커지는 초분자 구조체의 촉매 클레프트 기하학의 이상적인 생성물의 예의 오프각 측면도이다. 또한, 도면에는 생성물의 전체적인 "클레프트" 입체구조를 형성하고 보존하기 위해서 일부가 절단된 고리형 유니트의 반복적인 첨가를 위한 중합 가이드로서 사용되는 말단에 원형 고리 "앵커" 또는 시드 형상이 도시되어 있다. 크기 비교를 위해, 30개 포도당 모노머-길이의 짧은 셀룰로오스 분자가 상단에 도시되어 있다.

본 발명은 인공 효소를 사용하여 효소 활성 부위를 모사하고 촉매작용의 수행하는데 있어서 인공 폴리머를 사용하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서 언급되는 인공 효소는 일반적으로 반응을 위해 최적의 화학적으로 활성인 원자에 특이성을 나타내는 폴리머를 기본물로 하는 스캐폴드도 포함하는 의미로서, 단지 천연 효소를 모사한 효소만을 말하는 것은 아니다. 이러한 모사에 사용되는 다양한 폴리머는 폴리이미드, 폴리우레아, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 및 폴리락트산을 포함할 뿐만 아니라, 천연 및 인공 아미노산과 통합을 가능하게 하는 작용기 및 특성을 가진 다른 폴리머, 친핵성기 및 친전자성기(각각 아미노산의 아민 및 카르복실 작용기)를 갖는 다른 분자, 대부분의 아미노산 내의 고유한 직교 작용기(즉, 아민기, 카르복실기, 포름아미드기, 수산기, 메르캅실기 및 포화 탄화수소)와 통상적으로 관련이 없는 특유의 화학적 능력에 기여하는 다른 분자도 포함한다. "트랜스-아미노산" 기능은 케토-엔올 반응성, 엔-디올 형성, 할로겐화물을 기초로 하는 Sn1 및 Sn2 치환, 디엘스-알더 반응, 일반적인 복분해 반응, 복합체 금속-유기 기능, 금속 킬레이트화 능력, 헨리 반응, 크뇌베나겔 반응, 모리타-베일리스-힐만 반응, 스테그리히 재배열, 1,3-이극성 시클로첨가반응, 슈트레커 합성, 알릴화, 알킬화, 할로겐화 및 아민화, 및 20개의 천연 아미노산에 국한되지 않는 그룹의 백본 폴리머로의 통합에 의해 제공되는 다른 능력을 가능하게 한다. 도 5는 다른 모노머와의 촉매작용, 공중합, 폴딩 및 데코레이션에 도움을 주는 작용기를 가진 폴리아크릴산의 종류를 보여준다[Univ. of Concepcion, Chile].

당해 분야에 알려진 바와 같이, 대부분의 효소의 활성 부위는 전체 단백질-기본물로 하는 복합체의 서브부분을 한정하는 구조적 영역이다. 활성 부위는 활성화 에너지를 낮추고, 기질과 생성물 사이의 전이 상태를 안정화시키며, 화학적 작용에 기여하고, 기하학적으로 안정화시킬 수 있는 메카니즘에 의해 출발물질의 생성물로의 신속한 전환(즉, 촉매작용)을 촉진시킨다. 효소의 활성 또는 촉매 부위는 아미노산 잔기의 직교적 작용성, 3D 공간에서의 위치, 계면 용매화, 및 단백질-기본물로 하는 큰 효소 복합체의 스캐폴드에 의해 촉진되는 활성 부위의 입체구조적 유연성 등을 종합해서 이용하여 표적 분자 또는 기질(또는 기질을 모사하는 유도체 또는 억제물질)을 인식하고 변형하는데 매우 특이적인 특정 3D 입체구조로 배열된 아미노산 잔기의 특이적 조립체를 포함한다.

천연 효소의 개선된 인공 폴리머를 기본물로 하는 효소는 전체 분자의 구조 및 생체 촉매 기능을 개선하는 방식으로 천연 효소와 같은 생체 촉매 기능을 달성한다. 활성 부위 그 자체의 구조 및/또는 기능의 개선에 관해서, 활성 부위는 다음과 같은 면에서 우수한 특성을 가진다. (i) 전이 상태 및 이탈기(leaving group)의 엔트로픽 및 엔탈픽 변조를 기반으로 하는 촉매작용의 속도 증가, (ii) 아미노산 및 다른 직교 작용기 및 특정 촉매작용을 수행하는데 필요한 잔기의 수 감소, (iii) 천연 아미노산에 의해 제공되지 않는 화학적 작용기의 포함을 기본으로 하는 이용가능한 화학적 성질(및, 수행될 수 있는 잠재성 촉매작용)의 스펙트럼 증폭, (iv) 촉매화될 수 있는 기질의 범위 증가, (v) 전체적으로 또는 부분적으로, 전술한 가소성 물질을 기본물로 하는 폴리머를 포함하는 인공 폴리머로 모사 효소의 비효소 부분을 치환함으로써 활성 부위의 입체 구조 및 촉매 작용의 후속 단계에 걸친 제어 증가. 도 6은 기질(적색과 청색이 있는 노란색 구형체)이 위치화되어 있는 촉매 자리(녹색)를 지지하고 있는 인공 폴리머(청색)를 포함하는 활성 부위 모사체의 개략도를 보여준다. [Robinson Group, Organic Chemistry Institute, University of Zurich, CH].

일반적으로, 이러한 폴리머(일반화된 그룹의 유기 폴리머를 표현하기 위해서 "가소성 물질"이라고도 불림, 이러한 폴리머의 모노머는 축합, 자유 라디칼 전달, 탈수 및 기타 다른 수단에 의해 중합을 할 수 있는 작용기를 가짐)는 단독으로 제조될 수도 있고, 여러가지 다양한 형상 및 크기로 다른 화학물질 또는 가교제 및 용매와 결합할 수 있는 능력을 가진 화학 작용기를 구비한 하나 이상의 다른 모노머/올리고머/폴리머와 공중합될 수 있다. 또한, 가소성 모노머, 결합제 등의 보다 더 의무적이고 반복적인 중합은 광범위한 기하학적 구조, 즉, 덴드리머(dendrimer), 윤곽이 뚜렷한 구형체,프랙탈 패턴 3D 망상구조, 블록 또는 층상 코폴리머(가소성 물질은 액체나 콜로이드로부터 고체상으로의 중합 과정 중의 디자인에 따라 격리시킨다) 배열 및 평행 시트, 및 헬리스 구조에 부응할 수 있는 중합체 생성물을 가능하게 한다. 제어된 조건하에 모노머 및 다른 출발물질을 공들여 사용함으로써, 가소성 폴리머는 천연 효소 활성 부위를 근접하게 모사하는 형상을 취할 수 있다.

가소성 물질은 활성 부위와 같은 입체 구조를 취하는 것 외에도, 아미노산과 공중합되어 직접 탄소 백본으로 될 수도 있고, 의도된 바 대로 폴리머기 폴딩될 수 있는 능력에 별로 영향을 미치지 않는 방식으로 백본이 아미노산으로 "데코레이션"될 수도 있다. 글루코시드 가수분해효소의 촉매 영역과 유사한, 대략 클레프트 또는 여물통으로 묘사되는 구조를 취하는 가소성 폴리머를 기본물로 하는 활성 부위 모사체의 구성 방법의 예를 하기에 기술한다.

원하는 형상을 취하는 것과 효소 시스템에 아미노산이나 기타 다른 활성 모노머 또는 작용기를 포함하는 것 뿐만 아니라, 이렇게 하여 생성된 폴리머가 활성 부위의 유연성을 모사하는 것도 중요하다. 많은 '형상 기억' 폴리머는 한정된 세트의 입체구조적 가능성, 즉 일련의 입체구조를 취하도록 설계되어 있으며 그 설계된 범위를 벗어나는 폴리머의 입체구조를 취한 후에도 그 범위를 유지하도록 되어 있는 가소성 물질(앞서 열거한 물질 중의 하나, 또는 다른 물질)을 기본물로 한다. 이 점은 활성 부위의 모사에 있어서 중요하다. 그 이유는 효소가 완전히 고정된 촉매 중심을 가지고 있지 않으며, 모든 가수분해 효소가 처음 시작하는 물질보다 작은 사슬의 당류를 결합, 부착, 입체구조 변화, 절단, 안정화 및 방출하기 위해 발현된 입체구조적 유연성에 의해 작용하기 때문이다. 모사된 폴리머는 천연 활성 부위처럼 폴딩하고, 활성 부위로서 동일한 아미노산을 가지며(아니면, 이 아미노산 잔기와 동일한 또는 그보다 더 나은 화학적 기능을 수행하는 기를 가지며), 또한 활성 부위와 같은 형상으로 접히거나 변형시킬 수 있는 것이 바람직하다. 그동안 내내, 모사된 폴리머는 특정 한정된 세트의 입체구조가 유지되어야 한다. 즉, "너무 유연한" 상태가 아니고, 형상 기억이 풀어지거나 상실되는 위험이 없도록 유지되어야 한다.

당해 분야 종사자들은 현재 인지하고 있는 바와 같이, 폴리펩티드를 사용가능한 효소, 즉 촉매 기능을 가진 단백질로 전환하는데 있어서의 어려움 중의 하나는 원래 그러한 상태로 합성된 선형의 고유한 배열 또는 고유 형태로 완전히 변성된 배열을 폴딩하는데 있어서 내재되는 불확실함이다. 현재 기술로는 약 50개 아미노산 길이보다 큰 선형 펩티드를 한정된 레퍼토리의 형상으로 폴딩하기 위한 신뢰성있고 예측성있는 방법이 존재하지 않는다. 이것이 복합체 생물학적 활성을 가지는, 약 50개 잔기 길이보다 큰 시중구입가능한 인공 합성 폴리펩티드, 즉 "진정한 효소"가 없는 주된 이유이다. 단백질 폴딩의 에너지 조망 이론(energy landscape theory)에 따르면, 이는 2년전에 주장된 가설로서, 효소의 최종 입체 구조는 에너지 기반 "폴딩 터널" 내에서 입체구조적 전이 후에 도달되는 자유 에너지가 점차 낮아지는 상태의 종합이다. Gulukota and Wolynes, Proc Natl Acad sci USA. 91, 9292 (1994) 및 Leopold et al., Proc Natl Acad Sci USA. 89, 8721 (1992) 참조. 도 7은 폴리펩티드에 적용할 수 있는 엔트로피 상태의 폴딩 터널 표현을 보여주며, 여기서 N=올바른 폴딩 상태를 의미한다[Dept. of Biochemistry, Univ. of Toronto, CAN]. 최종 입체구조가 이 시점에서 에너지 면에서, 특히 엔트로피를 최소화한다는 점에서 이상적이나, 이론 및 실험에서는 많은 준안정상태(metastable state)가 존재한다는 것을 보여준다. "선구 효소(pre-enzyme)"가 존재하는 이유는 (1) 자유 에너지 양이 최소는 아니지만 비교적 낮은 상태, 및 (2) 전이 에너지 장벽 이상에서 선구 효소의 폴딩 을 푼 다음 다시 올바르게 폴딩해야 하는 포지티브 에너지 투입 때문이다. 간단히 설명하면, 선구 효소가 하나 이상의 올바르지 않은 상태를 고집하여 촉매적 불활성 상태로 남아 있을 가능성이 높다. 현재 당해 분야에서, 50-mer 크기를 초과하는 모든 폴리펩티드의 폴딩 공정은 예측을 위해 1초에 1조회 연산할 수 있는 슈퍼컴퓨터를 필요로 하며, 50-플러스-mer이 빠지게 될 수도 있는 많은 준안정 "함정"을 제공한다. 따라서, 유전공학적 유기체에 있어서 효소의 제조에 도전하기 위해서 충분한 수의 분자를 신뢰성있고 올바르게 폴딩하는 방법이 존재하지 않는다.

본 발명은 스캐폴드 또는 다른 지지체를 통해 한정된 기하학적 범위의 입체 구조 내에서 특이적 촉매 기능을 촉진시키기 위해서 가소성 물질 또는 기타 다른 적합한 폴리머를 사용하여 활성 부위를 직접 형성함으로써 폴딩 문제를 해소한다. 폴딩된 입체구조의 천연 효소는 단지, 형상, 화학적 특성(즉, 아미노산 또는 다른 모노머 잔기를 기초로 한 기능), 및 가소성 물질을 기본물로 하는 폴리머 및 다른 반응물질에 의해 모사되는 활성 부위의 허용가능한 범위의 입체구조에 대해 영감을 받는 차원으로서 사용된다. 구성될 수 있는 예시적인 구조에는 글리코시드 가수분해 효소가 작용하는 대상인 다당류의 인식, 결합, 전이상태 안정화, 해중합, 완충 및 방출 부위의 형상을 모사한 여물통 및 클레프트가 포함된다. 작용기의 예로는 활성 부위 내의 아미노산 잔기가 포함된다. 활성 부위의 입체 구조 및 범위는 슈퍼컴퓨터 모형, NMR 및 X-선 결정학에 의해 가소성 폴리머 백본으로 되도록 설계될 수 있다.

일반적으로 폴리머는 분자의 외부로부터 단백질을 강화시킴으로써 공지되어 있는 촉매적 활성 효소의 기능을 보조할 수 있으며, 일부 경우에는, 하나 이상의 아미노산 잔기를 대체함으로써 공중합된 단백질-가소성 물질 모사체를 형성할 수 있다. 후자의 한 예는 폴리에틸렌 글리콜/폴리에틸렌 옥사이드(PEG/PEO) 키메릭 시스템의 사용으로, 이 물질은 폴리스티렌(PS)의 고체 중심 또는 다른 탄력성있는 수지와 자체적으로 공유결합되어 있는 연장된 콜로이드에 하나 이상의 잔기를 PEG화 함으로써 고체상에 효소 단백질이 직접 부착되어 있다. 이 "볼 앤드 스틱" 전략에서는, 효소가 말단에서 활성 입체 구조로 폴딩되는 동안, PEG 분자는 연장된 지지체를 형성한다. 도 다른 전략은 효소가 고체상에 유지되는 것이 바람직한 공정에서 매트릭스 지지체로서 폴리머를 사용하는 것으로, 상기 PEG의 예에서와 같이 폴리머와 직접 통합되는 것은 아니다. 매트릭스 지지체에 대한 효소의 기능화의 통상적인 전략은 이후에 고체상 매트릭스에 혼입되는, 결합 부위 또는 촉매 부위로부터 비교적 말단에 있는 하나 이상의 주변 잔기의 직교적 변형 또는 기능화이다. 이러한 예는 고체상에서 스트렙트아비딘(streptavidin) 결합, 매트릭스 상에서 N-하이드록시숙신이미드에 리실 또는 아르기닐 잔기의 결합, 및 고체상에서 말레이미드 잔기에 자유 시스틀 잔기의 결합을 위한 비오틴화(biotinylation)이다.

실시예 및 적용

공중합된 인공 효소를 형성하기 위해 사용될 수 있는 모노머의 예로는 i) 천연 알파 아미노산; ii) 인공 알파-, 베타-, 감마- 또는 기타 다른 연장된 백본 아미노산; iii) 다양한 백본 길이를 갖는 N'-기능화 아미노산; iv) 폴리머로의 혼입을 촉진시키는 작용기를 가진 기타 다른 모노머로서, 이 작용기는 아미노산에 의해 영감으로 받는 경우, 모노머의 직교형 화학적 기능이 촉매 작용에 유용한 전체 폴리머 내의 작용기의 방향을 나타내도록 친전자성 기(예를 들어, 카르복실기 및 불포화 탄소, 즉 알켄 및 알킨)로부터 효과적 말단에 있는 친핵성 기(예를 들어, 1차 또는 2차 아민, 수산기, 메르캅틸기 및 포스페이트기)를 포함할 수 있는 모노머; 및 v) 후에 얻어지는 바람직한 초분자 백본(들)의 일부를 형성하는 역할 이외에도, (i) 촉매작용에 기여하는 화학적 기능을 이용하여 직교성 기능화되거나 또는 (ii) "데코레이션" 모드(상세한 것은 이후에 기술됨)에서 아미노산, DNA-기본물로 하는 뉴클레오티드 또는 다른 촉매 기여 모노머 및 올리고머를 수용하도록 직교적으로 기능화됨으로써, 직교적 활성 모노머가 초분자 구조체의 전체 형상 또는 3D 입체구조에 크게 영향을 주지 않는 가소성 물질을 기본으로 하는 모노머가 포함된다.

예시적인 인공 효소는 가소성 물질을 기본으로 하는 모노머와 촉매 작용에 기여하는 직교 작용기를 가지는 다른 모노머를, 후자 모노머의 비직교 부분을 후에 얻어지는 분자의 주 백본의 서브 유니트로서 사용하는 방식으로 공중합시키는 것을 포함한다. 당해 분야에서, 본 명세서에서 이후로 사용하게 될 개념으로서 "인라인" 또는 "백본" 공중합은 각각 고유한 부류의 모노머가 다른 고유한 모노머 부류와 대등하게 - 초분자 구성체의 전체 형상, 폴딩 또는 3D 입체구조에의 기여 정도 면에서 - 후에 얻어지는 초분자 구성체에 통합되도록 고체상에 복수의 모노머 부류가 혼입되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 형태의 중합은 "선택적인 사슬 성장"이라고도 표현되고 있다. C.J.Hawker and K.L.Wooley, Sceince 309, 1200 (2005) 참조.

또 다른 예의 인공 효소는 가소성 물질을 기본으로 하는 모노머와 촉매 작용에 기여하는 직교 작용기를 가지는 다른 모노머를, 후자 모노머의 비직교 부분을 후에 얻어지는 주 백본의 서브 유니트로서 사용하는 방식으로 공중합시키는 것을 포함한다. 당해 분야에서, 본 명세서에서 이후로 사용하게 될 용어로서 "측쇄기" 또는 "데코레이션" 공중합은 각각 직교성 기능에 기여하는 모노머가 현실적이고 양해된 스캐폴드를 형성하는 기본 모노머 부류와 차등있게 - 3D 입체구조 면에서 - 초분자 구성체에 통합되도록 생성물에 복수의 모노머 부류가 혼입되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 형태의 중합은 "선택적인 사슬 작용화"라고도 표현되고 있다. 도 8도 공중합의 인라인(좌측)과 데코레이션(중간 및 우측) 모드 사이의 차이점을 개략적으로 보여준다. Hawker and Wooley 참조.

또 다른 예의 인공 효소는 가소성 물질을 기본으로 하는 모노머와 촉매 작용에 기여하는 직교 작용기를 가지는 다른 모노머를, 후자 모노머의 비직교 부분을 중합된 가소성 물질에 의해 대표되는 주 백본에 비해 제 2 백본으로서 사용하는 방식으로 공중합시키는 것을 포함한다. 당해 분야에서, 본 명세서에서 이후로 사용하게 될 용어로서 "메이트(mated)" 또는 "고전" 공중합은 복수의 직교 기능성 모노머 부류가 3D 입체구조 면에서 다른 고유한 모노머 부류와 대등하게 또는 차등있게 후에 얻어지는 분자에 통합되도록 상기 복수의 직교 기능성 모노머 부류가 혼입되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 중합된 가소성 물질의 양해된 "주 백본"에 대한 작용성 모노머의 기여도는 복합체의 3D 입체구조에 대한 총 기여도 면에서 볼 때, 각 잔기 위치에서 전체적으로 같을 수도 또는 같지 않을 수도 있고, 변화가 있을 수도 있다. 당해 분야에서, 메이트된 및 공중합된 모노머의 이질적 특성으로 인해, 메이트된 모노머 단독의 중합으로 인해 생기는 고유성이 있는 폴드, 형상 및 3D 입체구조를 갖는 초분자 구성체가 생성된다. 도 9는 "고전" 듀얼-모노머 이질성 코폴리머의 예를 보여준다. [Prof. Martin Hubbe, North Carolina St.Univ.]

또 다른 예의 인공 효소는 주로 활성 부위 모사체를 지지하는 폴리머를 제조하기 위해 가소성 물질을 기본으로 하는 모노머와 올리고펩티드를 이질적 공중합시키는 것을 포함한다. 이 구조는 중합된 알파 아미노산 상의 카르보닐기 및 2차 아미드기의 위치와 조화되고 공간적으로 한정되어 있는 주 폴리머 백본 상에 친핵성 및 친전자성 작용기가 존재함으로써 가소성 물질과 폴리펩티드의 블록 코폴리머를 형성하는 데코레이션-타입 공중합을 포함한다.

또 다른 예의 인공 효소는 아미노산 등의 촉매작용, 반응성 또는 인식에 적절한 작용기 및 촉매작용, 반응성 또는 인식에 비활성인 작용기로 백본-기능화된 올리고뉴클레오티드에 대한 어드레스 가능한 템플릿을 제조하기 위해 가소성 물질을 기본으로 하는 모노머와 단일 가닥 DNA를 이질적 공중합시키는 것을 포함한다. 또한 이 구조는 중합된 뉴클레오티드 모노포스페이트(단일 가닥 DNA 또는 RNA와 같은) 상의 포스페이트기의 위치와 조화되고 공간적으로 한정되어 있는 주 폴리머 백본 상에 작용기가 존재함으로써, 가소성 물질과 핵산의 블록 코폴리머를 형성하는 데코레이션-타입 공중합을 포함한다. 상기 핵산은 이러한 공중합 형태가 가능하도록 추가적인 작용기로 변형된 5'-포스페이트일 수 있다. 예를 들어, 가소성 폴리머 백본 상에 화합성 작용기에 반응성이 있는 5'-포스포라미데이트, 5'-포스포로티오에이트 및 5'-포스포하이드라지드 기를 형성한다.

도 10은 PEG화된 로이신의 백본/인라인 공중합을 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다. R.W.Flood et al., Org . Lett. 3. 683 (2001) 참조.

도 11은 인라인 공중합 과정에서 폴딩/방향의 변화를 유도하는 비천연 아미노산을 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다. S.Itsuno et al., Polymer Bulletin 20, 435 (1988) 참조.

도 12는 결과적으로 3차 아미드가 되는 N-기능화 모노머와의 데코레이션 공중합 과정에서 스캐폴드로서 사용될 수 있는 폴리펩티드-기초로 하는 "컨포마머"를 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다. C.E.MacPhee and D.N.Woolfson, Curr.Opin.Solid State and Matls Sci . 8, 141 (2004) 참조.

도 13은 아미노산 등에 부착되는 기능화 모노머와의 데코레이션 공중합 과정에서 스캐폴드로서 사용될 수 있는 가소성 물질-기초로 하는 "컨포마머"를 포함하는 예시적인 합성 방법을 보여준다. K.L.Wooley et al., PNAS 97, 11147 (2000) 참조.

도 14는 이후 얻어지는 사전 폴딩된 어드레스 가능한 템플릿에 대한 단일 가닥 DNA와의 이질성 공중합을 위한 가소성 물질-기초로 하는 스캐폴드를 포함하는 예시적인 합성 방법(상단), NDA 혼성화를 통해 근접하게 주형화되는 반응물질과의 가능한 반응의 종류(중간), 중합 및/또는 직교성 기능화에 사용될 수 있는 비천연 아미노산(하단)을 보여준다. D.Umeno et al., Chem . Commun., 1433 (1998); K.J.Gartner et al., Angew . Chem . Int . Ed. 41, 1796 (2002); and D.R.Halpin et al., PLOS Biology 2, 1031 (2004) 참조.

도 15는 백본 폴딩, 가교결합, 촉매화를 유도하고 다른 모노머에 대한 기능화 포인트로서 역할을 하는 알데히드 작용기를 사용하는 예시적인 합성 방법을 보여준다. T.Groth and I.M.Melda, Comb . Chem . 3, 45 (2001) 참조.

도 16은 가소성 물질을 기본물로 하는 폴리머의 예를 보여준다. A.E.Barron and R.N.Zucjerman, Curr . Opin . Chem . Biol . 3, 681 (1999) 참조.

도 17은 작은 서브분자 폴다머의 개념을 보여준다. D.J.Hill et al., Chem.Rev. 101, 3893 (2001) 참조. 활성 부위 유연성의 개념의 예는 Tsou에 의해 기술되어 있다. C.L.Tsou, Anal . NY . Acad . Sci . (2002) 참조.

도 18은 유기금속과의 기능화의 예를 보여준다. J.Kaplan and W.F.Degrado, PNAS 101, 11566 (2004) 참조.

도 19는 메르캅틸-함유기(예를 들어, 시스테인)의 결합을 위해 말레이미드를 사용한 폴리스티렌 말단의 기능화를 보여준다.

도 20은 아민기와 수산기로 사전기능화된, "클레프트" 입체구조가 되도록 폴딩된 서브분자 유니트의 예를 보여준다[도면은 실리카 모노머로부터 취한 것임. Prof. Q. Yang, Acad. Sinica, PRC].

도 21은 (반시계방향으로) 아민기, 카르복실산기, 알데히드기, 수산기, 이미다질기 및 피리딜기로 사전기능화된, "클레프트" 입체구조가 되도록 폴딩된 서브분자 유니트의 예를 보여주며, 여기서 각 기능화는 구조물의 각 페닐기를 기본으로 하는 모노머에 특유한 하나의 "어드레스"에 위치한다. 이 유니트는 하단에 굵은 사선으로 도시되어 있는 바와 같이 고체상에 고정되어 있다. G.C. Lloyd - Jones , Annu . Rep. Prog . Chem . 97 (2001) 참조.

도 22는 5개의 어드레스 클레프트가 되도록 중합된 여러개의 비-페닐 고리형 모노머로 구성되어 있는 서브분자 유니트의 예를 보여주며, 여기서 각 유니트는 직교형 화학적 기능 잠재성을 가진다. 이 구조도 또한 하단에 도시된 바와 같이 중합 및 가교된 기에 의해 고체상에 고정되어 있다.

도 23은 고리의 내부 상에 있는 큰 단일 또는 이중 구형체 부분으로서 번호가 10까지 매겨져 있는 작용성 "어드레스"를 가진, 일부가 절단된 고리형 입체구조가 되도록 폴딩된 서브분자 유니트의 예를 보여준다. 미국 특허 제 6,716,370 호(Kendig) 참조.

도 24는 5개의 서브분자 유니트가 가교결합되어, 하단에서부터 상단 방향으로 클레프트 엔클로져 크기가 점차로 커지는 촉매 클레프트를 형성하는 초분자 구조체의 예의 조망도이다. 각 유니트는 도 21 ~ 23에서 기술한 바와 같이 직교성 기능화될 수 있다.

도 25는 일부가 절단된 고리 형상을 하며 그 내부면이 기능화된 다수의 서브분자 유니트가 가교결합되어 형성되는,우측에서부터 좌측 방향으로 엔클로져 크기가 점차로 커지는 초분자 구조체의 촉매 클레프트 기하학의 이상적인 생성물의 예의 오프각 측면도이다. 또한, 도면에는 생성물의 전체적인 "클레프트" 입체구조를 형성하고 보존하기 위해서 일부가 절단된 고리형 유니트의 반복적인 첨가를 위한 중합 가이드로서 사용되는 말단 상의 원형 고리 "앵커" 또는 시드 형상이 도시되어 있다. 크기 비교를 위해, 30개 포도당 모노머-길이의 짧은 셀룰로오스 분자가 상단에 도시되어 있다.

참고문헌 소개

미국 또는 그외 외국 특허나 공개된 특허 출원서, 국제 특허 출원서 뿐만 아니라 비특허 문헌을 포함하여, 본 특허 명세서에서 인용된 모든 문헌은 여기에서 특별히 참고문헌으로 소개된다.

본 발명은 인공 효소에 관해 기술하고 있다. 전술한 기술 내용은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위는 명세서에 기재된 특허청구범위에 의해 결정된다. 당해 분야의 숙련자는 본 발명에 변경 및 수정을 가할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 생체촉매 작용기를 갖는 활성 부위를 제공하는 다른 모노머와 공중합되는 유기 폴리머를 함유하는 인공 효소.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 활성 부위는 천연 또는 인공 아미노산, 친핵성 기 및/또는 친전자성 기를 갖는 분자, 또는 대부분의 아미노산 내의 고유한 직교 작용기와 통상적으로 관련이 없는 특유의 화학적 기능에 기여하는 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 효소.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 특유의 화학적 기능은 케토-엔올 반응성, 엔-디올 형성, 할로겐화물을 기초로 하는 Sn1 및 Sn2 치환, 디엘스-알더 반응, 일반적인 복분해 반응, 복합체 금속-유기 기능, 헨리 반응, 크뇌베나겔 반응, 모리타-베일리스-힐만 반응, 스테그리히 재배열, 1,3-이극성 시클로첨가반응, 슈트레커 합성, 알릴화, 알킬화, 할로겐화 및 아민화를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 효소.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가소성 물질은 폴리우레아, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리아크릴산 또는 폴리락트산을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 효소.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 가소성 물질은 하나 이상의 다른 가소성 물질, 다른 종류의 유기 폴리머, 결합제 또는 가교제와 추가로 공중합되는 것을 특징으로 하는 인공 효소.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 활성 부위와 공중합되는 가소성 물질은 하나 이상의 글리코시드 가수분해효소 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 인공 효소.
   

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