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Chimie de Bioorthogonal dans la recherche

Une réaction de bioorthogonal est une réaction dans un système vivant qui ne nuit pas ou n'agit pas l'un sur l'autre de quelque façon avec des biochimies indigènes du système. Le bioorthogonal de ` d'expression' a été inventé en 2003, et la chimie de bioorthogonal est maintenant très utilisée pour étudier des biomolécules dans les systèmes vivants.

Molécules impliquées dans la réaction chimique - Pavel Chukhov

Pavel Chukhov | Shutterstock

Les groupes fonctionnels participant à la réaction sont inertes aux molécules biologiquement actives, et réactifs sélecteur les uns avec les autres. La chimie de la réaction doit également être non-toxique à l'organisme.

Dans le meilleur des cas, les groupes fonctionnels impliqués dans la réaction sont assez petits pour ne pas perturber la structure ou le fonctionnement des biomolécules qu'ils sont fixés à. Les défis dans le développement des réactions de bioorthogonal comprennent la stabilité des réactifs et des produits dans l'eau, la cinétique, et la réactivité latérale. La réaction doit également être vérifiée en conditions appariant l'environnement cellulaire destiné.

La chimie de Bioorthogonal peut être employée pour étudier des aspects des systèmes biologiques pour lesquels les méthodes biologiques biochimiques et/ou moléculaires traditionnelles ont été insuffisantes. Ceux comprennent des études des biomolécules comme des glycans, des lipides, et des métabolites et les procédés les entourant.

Comment est-ce que des réactions de bioorthogonal sont conçues ?

Une étude de bioorthogonal a habituellement deux opérations. D'abord, un groupe fonctionnel de bioorthogonal est ajouté à un substrat métabolique, à un ligand de petite molécule, ou à un inhibiteur d'enzyme ; alors le composé donnant droit est introduit dans un système vivant. Ensuite, la molécule réagit avec une sonde functionalized dans le système.

Le modèle des réactions de bioorthogonal est un défi dans le domaine de la chimie. La réaction doit former une liaison entre deux groupes fonctionnels qui sont autrement complet inertes dans le système, ainsi que non-toxique stables et covalents. Sa cinétique doit être rapide de sorte qu'elle forme le produit à un régime raisonnable - même lorsque les concentrations sont inférieures. En conclusion, elle doit avoir la cinétique convenablement rapide dans la gamme physiologique des valeurs de pH et de température.

Découvertes tôt de chimie de bioorthogonal

Une des premières réactions de bioorthogonal a été développée par Bertozzi et ses collègues dans une étude du marquage de N-glycoprotéine de surface de cellules. Ils ont constaté que N-levulinoyl-mannosamine était un substrat acceptable pour les réactions acides CMP-sialiques de biosynthèse en cellules mammifères.

Des acides CMP-sialiques modifiés ont été alors transférés par les transférases acides sialiques aux réseaux de N-glycoprotéine et déménagés à la surface de cellules. Dans la prochaine opération, une partie de cétone sur le groupe de levulinoyl réagit avec de l'hydrazide fluorescent étiqueté d'une façon de bioorthogonal.

Le groupe de Bertozzi a par la suite prouvé qu'ils pourraient réaliser la même réaction à un rendement plus élevé en comportant un groupe d'azoture suivi de la réaction avec le phosphane de biotine. Cette réaction est appelée la ligature de Staudinger-Bertozzi.

Une autre réaction de bioorthogonal se sert d'un cuivre (I) - cycloaddition catalysé d'azoture-alcyne - ou de la « réaction de claquement » - qui utilisent un groupe d'azoture ou d'alcyne sur le biomolécule d'objectif. Le groupe réagit par la suite avec une molécule de journaliste, habituellement un azoture ou un alcyne biotinylated ou fluorescent. En un mot, les réactifs de claquement éliminent le besoin de catalyseur de cuivre.

Jusqu'ici, seulement une poignée de véritables réactifs de bioorthogonal ont été découvertes. Néanmoins, on s'attend à ce que le développement des réactifs de bioorthogonal active des études plus profondes et plus précises des systèmes aux organismes vivants. Les conditions pour des réactions de bioorthogonal sont tout à fait strictes, mais quelques réactions chimiques retiennent la promesse pour l'usage en tant que véritables réactifs de bioorthogonal.

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Last Updated: Dec 6, 2018

Dr. Catherine Shaffer

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Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer is a freelance science and health writer from Michigan. She has written for a wide variety of trade and consumer publications on life sciences topics, particularly in the area of drug discovery and development. She holds a Ph.D. in Biological Chemistry and began her career as a laboratory researcher before transitioning to science writing. She also writes and publishes fiction, and in her free time enjoys yoga, biking, and taking care of her pets.

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