La química del tiantenio permite cambiar la reactividad de un aminoácido nucleófilo a un intermediario versátil
Herramienta útil y de amplia aplicación en el campo de la biología química
La diversificación química de las proteínas es un concepto importante en el estudio de los procesos biológicos y las complejas estructuras de las propias proteínas. Consiste en utilizar reacciones rápidas y suaves que se dirigen selectivamente a un aminoácido específico y, por tanto, a un componente básico de las proteínas. La cisteína es un ejemplo destacado y actualmente puede modificarse de dos maneras. La primera requiere la síntesis de electrófilos para cada una de las modificaciones deseadas, por ejemplo, una sonda de fluorescencia que permite seguir la molécula en mezclas biológicas muy complejas. La segunda vía convierte a la propia cisteína en un eje químico que puede diversificarse. Hasta ahora, esto se ha llevado a cabo en síntesis de varios pasos. Estos métodos tienen el inconveniente de que no se puede introducir la "pezonera" en presencia de los reactivos externos necesarios para su diversificación. Esto suele ir acompañado de una elección limitada de reactivos para la funcionalización, ya que la pezonera necesita persistir en solución durante los procesos de purificación y, por tanto, tiene una reactividad intrínsecamente disminuida. Una nueva técnica del grupo de investigación de Tobias Ritter, director del Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, resulta interesante porque permite la introducción de un intermediario altamente reactivo en un proceso de un solo paso basado en un único electrófilo. Además, este método permite una amplia diversificación del nuevo intermedio incluso en presencia de reactivos externos.
Transfomación de la cisteína
En su estudio, el grupo de Ritter encontró una forma de utilizar sales de viniltiantenio para transformar in situ la cisteína en un electrófilo de episulfonio altamente reactivo. Este método permite conectar la cisteína con otros nucleófilos externos en un único proceso de una sola vez, sin necesidad de pasos adicionales. El método permite a los científicos unir distintos grupos funcionales de interés biológico a proteínas mediante un enlace etileno corto y estable muy cerca de la superficie de la proteína. Se trata de una forma nueva y atractiva de añadir etiquetas o funcionalidades que alteren el entorno químico de una proteína.
Cuando no se añaden nucleófilos externos, otros aminoácidos pueden reaccionar con el intermediario episulfonio en una reacción intramolecular. Esa reactividad permite la ligación proteína-proteína y la macrociclización de péptidos lineales. Mientras que el primer enfoque permite estudiar los complejos proteicos y su actividad biológica, a menudo alterada, el segundo hace que los péptidos sean más estables frente a la degradación biológica si se utilizan, por ejemplo, como fármacos.
Además, la síntesis de sales de viniltiantenio a partir de gas etileno permitió al grupo de Ritter sintetizar reactivos con una composición diferente de isótopos. Esos compuestos marcados con isótopos poseen la misma reactividad que los derivados no marcados, pero difieren ligeramente en su peso molecular. Por lo tanto, pueden utilizarse en la investigación proteómica por espectrometría de masas más avanzada para extraer información cuantitativa de sistemas celulares completos. En conjunto, el método que utiliza sales de viniltiantenio se presenta como una herramienta útil y de amplia aplicación en el campo de la biología química.
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Publicación original
Philipp Hartmann, Kostiantyn Bohdan, Moritz Hommrich, Fabio Juliá, Lara Vogelsang, Jürgen Eirich, Rene Zangl, Christophe Farès, Julia Beatrice Jacobs, Dwaipayan Mukhopadhyay, Johanna Marie Mengeler, Alessandro Vetere, Marie Sophie Sterling, Heike Hinrichs, Stefan Becker, Nina Morgner, Wolfgang Schrader, Iris Finkemeier, Karl-Josef Dietz, Christian Griesinger, Tobias Ritter; "Chemoselective umpolung of thiols to episulfoniums for cysteine bioconjugation"; Nature Chemistry, 2023-12-20
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