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Published on: September 23, 2013

Control y diseño de la ortogonalidad mutua en cicloadiciones bioortogonales

Yong Liang¹, Joel L Mackey, Steven A Lopez

¹Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Los Angeles, California 90095, USA.

Journal of the American Chemical Society

|October 16, 2012

Resumen

La química bioortogonal utiliza reacciones específicas como azida-dibenzocicloctina y trans-ciclocteno-tetrazina cicloadiciones. Estas reacciones exhiben una extraordinaria selectividad, lo que permite el descubrimiento de nuevos reactivos para el etiquetado molecular preciso.

Área de la Ciencia:

Química Bioortogonal de la Química es una de ellas.
Química orgánica es la química orgánica.
Química computacional es la química computacional.

Sus antecedentes:

Las reacciones bioortogonales son cruciales para el etiquetado selectivo en los sistemas biológicos.
Los métodos existentes como azida-dibenzocicloctina (DBCO) y trans-ciclocteno (TCO) - tetrazina cicloadiciones ofrecen una alta selectividad.
Comprender los orígenes de esta selectividad es clave para desarrollar nuevos pares de reacción ortogonales.

Objetivo del estudio:

Investigar los orígenes de la selectividad en las cicloadiciones bioortogonales establecidas.
Proponer principios de diseño para el descubrimiento de nuevas reacciones ortogonales bioortogonales.
Para predecir la reactividad bioortogonal de nuevas clases de reactivos.

Principales métodos:

Se emplearon cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para analizar los mecanismos de reacción y los estados de transición.
Se utilizó el modelado computacional para evaluar la selectividad de diferentes combinaciones de reactivos.
Se exploraron las relaciones estructura-actividad para guiar el diseño de nuevos reactivos bioortogonales.

Principales resultados:

Los cálculos de DFT aclararon los factores electrónicos y estéricos que rigen la alta selectividad de las reacciones DBCO-azida y TCO-tetrazina.
El estudio identificó los principios de diseño clave para lograr la ortogonalidad mutua en las reacciones de cicloadición.
Dos nuevos reactivos bioortogonales, el metilciclopropeno y el 3,3,6,6-tetrametiltiacicloheptino, fueron calculados para predecir que exhibirían ortogonalidad mutua con azidas y tetrazinas.

Conclusiones:

El estudio proporciona información fundamental sobre la selectividad de las cicloadiciones bioortogonales.
Los principios de diseño propuestos pueden acelerar el descubrimiento de nuevos pares de reacción ortogonales para la biología química.
Los reactivos recientemente predichos ofrecen herramientas prometedoras para aplicaciones bioortogonales avanzadas.

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