química bioortogonal
El término química bioortogonal se refiere a cualquier reacción química que puede ocurrir dentro de los sistemas vivos sin interferir con los procesos bioquímicos nativos. [1] [2] [3] El término fue acuñado por Carolyn R. Bertozzi en 2003. [4] [5] Desde su introducción, el concepto de reacción bioortogonal ha permitido el estudio de biomoléculas como glicanos , proteínas , [ 6] y lípidos [7]en tiempo real en sistemas vivos sin toxicidad celular. Se han desarrollado varias estrategias de ligación química que cumplen con los requisitos de bioortogonalidad, incluida la cicloadición 1,3-dipolar entre azidas y ciclooctinas (también denominada química de clic sin cobre ), [8] entre nitronas y ciclooctinas, [9] oxima / formación de hidrazona a partir de aldehídos y cetonas , [10] la ligación de tetrazina , [11] la reacción de clic basada en isocianuro , [12]y más recientemente, la ligadura de cuadriciclanes. [13]
El uso de la química bioortogonal normalmente se realiza en dos pasos. Primero, se modifica un sustrato celular con un grupo funcional bioortogonal (informador químico) y se introduce en la célula; los sustratos incluyen metabolitos, inhibidores de enzimas, etc. El informador químico no debe alterar drásticamente la estructura del sustrato para evitar afectar su bioactividad. En segundo lugar, se introduce una sonda que contiene el grupo funcional complementario para reaccionar y marcar el sustrato.
Aunque se han desarrollado reacciones bioortogonales efectivas, como la química de clic sin cobre, el desarrollo de nuevas reacciones continúa generando métodos ortogonales para el etiquetado para permitir el uso de múltiples métodos de etiquetado en los mismos biosistemas.
La ligadura de Staudinger es una reacción desarrollada por el grupo Bertozzi en el año 2000 que se basa en la clásica reacción de Staudinger de azidas con triarilfosfinas. [14] Inauguró el campo de la química bioortogonal como la primera reacción con grupos funcionales completamente abióticos, aunque ya no se usa tanto. La ligadura de Staudinger se ha utilizado tanto en células vivas como en ratones vivos. [5]
La azida puede actuar como un electrófilo suave que prefiere nucleófilos suaves como las fosfinas . Esto contrasta con la mayoría de los nucleófilos biológicos que son típicamente nucleófilos duros. La reacción procede selectivamente en condiciones tolerantes al agua para producir un producto estable.
Las fosfinas están completamente ausentes de los sistemas vivos y no reducen los enlaces disulfuro a pesar del leve potencial de reducción. Se ha demostrado que las azidas son biocompatibles en medicamentos aprobados por la FDA, como la azidotimidina, y mediante otros usos como reticuladores. Además, su pequeño tamaño les permite incorporarse fácilmente a biomoléculas a través de rutas metabólicas celulares.
