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Química de Bioorthogonal en la investigación

Una reacción del bioorthogonal es una reacción dentro de un sistema vivo que no interfiera u obre recíprocamente en cualquier manera con la bioquímica nativa del sistema. El bioorthogonal del ` de la frase' fue acuñado en 2003, y la química del bioorthogonal es ampliamente utilizada ahora estudiar biomoléculas en sistemas vivos.

Moléculas implicadas en la reacción química - Pavel Chukhov

Pavel Chukhov | Shutterstock

Los grupos funcionales que participan en la reacción son inertes a las moléculas biológicamente activas, y reactivos selectivamente con uno a. La química de la reacción debe también ser no tóxica al organismo.

Idealmente, los grupos funcionales implicados en la reacción son bastante pequeños no romper la estructura o la función de las biomoléculas que los sujetan a. Los retos en el revelado de las reacciones del bioorthogonal incluyen la estabilidad de reactivo y de productos en agua, las cinéticas, y reactividad lateral. La reacción también se debe probar en las condiciones que igualan el ambiente celular previsto.

La química de Bioorthogonal se puede utilizar para estudiar aspectos de los sistemas biológicos para los cuales los métodos biológicos bioquímicos y/o moleculares tradicionales han sido inadecuados. Ésos incluyen estudios de biomoléculas como glycans, los lípidos, y los metabilitos y los procesos que los rodean.

¿Cómo se diseñan las reacciones del bioorthogonal?

Un estudio del bioorthogonal tiene generalmente dos pasos. Primero, agregan a un grupo funcional del bioorthogonal a un substrato metabólico, a un pequeño ligand de la molécula, o a un inhibidor enzimático; entonces el complejo resultante se introduce en un sistema vivo. Después, la molécula reacciona con una antena functionalized dentro del sistema.

El diseño de las reacciones del bioorthogonal es un reto en el campo de la química. La reacción debe formar una ligazón entre dos grupos funcionales que estén de otra manera totalmente inertes dentro del sistema, así como no tóxico estables, covalentes. La su cinética debe ser rápida de modo que forme el producto a un régimen razonable - incluso cuando las concentraciones son inferiores. Finalmente, debe tener cinética apropiadamente rápida en el alcance fisiológico de los valores del pH y de la temperatura.

Descubrimientos tempranos de la química del bioorthogonal

Una de las primeras reacciones del bioorthogonal fue desarrollado por Bertozzi y sus colegas en un estudio de la etiqueta de la N-glicoproteína de la superficie de la célula. Encontraron que N-levulinoyl-mannosamine era un substrato aceptable para las reacciones ácidas CMP-siálicas de la biosíntesis en células mamíferas.

Los ácidos CMP-siálicos modificados después fueron transferidos por las transferasas ácidas siálicas a las cadenas de la N-glicoproteína y movidos a la superficie de la célula. En el paso siguiente, una mitad de la cetona en el grupo del levulinoyl reacciona con una hidrazida fluorescente marcada con etiqueta de una manera del bioorthogonal.

El grupo de Bertozzi mostró posteriormente que podrían lograr la misma reacción con una eficacia más alta incorporando un grupo del azoturo seguido por la reacción con el phosphane de la biotina. Esta reacción se llama la ligadura de Staudinger-Bertozzi.

Otra reacción del bioorthogonal hace uso de un cobre (I) - cycloaddition catalizado del azoturo-alquino - o de la “reacción del tecleo” - que utilicen un grupo del azoturo o del alquino en la biomolécula del objetivo. El grupo reacciona posteriormente con una molécula del reportero, generalmente un azoturo o un alquino biotinylated o fluorescente. En pocas palabras, los reactivos del tecleo eliminan la necesidad de un catalizador de cobre.

Hasta el momento, solamente un puñado de reactivos verdaderos del bioorthogonal se ha descubierto. No obstante, se prevee que el revelado de los reactivos del bioorthogonal habilite estudios más profundos y más exactos de sistemas en organismos vivos. Los requisitos para las reacciones del bioorthogonal son muy estrictos, pero algunas reacciones químicas mantienen la promesa para el uso como reactivos verdaderos del bioorthogonal.

Fuentes:

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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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