CLIC: Son das moléculas de leigo

2010/03/01 Aizpurua, Jesus Mari - EHUko Kimika Organikoko katedraduna Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Kimika

Canto máis complexas sexan as moléculas, máis difícil resulta a unión entre elas mediante a química convencional. A química do clic permite asociar moléculas complexas de forma moi selectiva. Imaxe: Jesus Mari Aizpurua.

A química é a ciencia da unión. Atopáronse centos de reaccións paira formar unións químicas. e XX. Durante séculos, e a partir deles, puidéronse sintetizar moléculas cada vez máis grandes, cada vez máis complexas. Pero esta actividade ten as súas limitacións: as impostas pola estrutura molecular que se quere preparar. Cal é o límite actual de complexidade da síntese química?

Os compostos orgánicos que conteñen moléculas diatómicas (HCl) ou grupos funcionais _{simples (C 6} H ₅ CO ₂ H) prepáranse facilmente dando una ou varias etapas de sínteses. Con todo _, a preparación de moléculas polifuntzionales con grupos como NH 2, OH, CO ₂ H, require moitos pasos de sínteses. Por exemplo, a preparación do glicopéptido que une o péptido e o azucre da imaxe require máis de dez pasos de sínteses. Algúns deles, ademais, están destinados a protexer e desproteger os grupos NH ₂ e OH, e non poden utilizarse en moléculas grandes fráxiles. Con todo, cada ano sintetízanse máis de 500.000 novas moléculas utilizando este tipo de síntese clásica por grupos de protección.

Con todo, os científicos pretenden establecer conexións entre estruturas moleculares cada vez máis complexas e realizalas de forma moi selectiva, por exemplo, entre o fullereno e un determinado nucleótido do ADN, ou entre a bacteria e algúns aminoácidos especiais dunha proteína.

M. 2002 Melodías danesas e K. B. Os estadounidenses Sharpless reivindicaron por separado o descubrimento da primeira reacción de clic. Observaron que a reacción entre alquinos e azidas acelérase 10 ⁸ veces coa adición dun pouco de catalizador de cobre (I). Un achado deste tipo non sería reseñable si este proceso non tivese outras características, moi especiais: a) a reacción é case sempre cuantitativa ou de moi bo rendemento, b) prodúcese a temperatura ambiente, c) funciona rodeado de aire na auga e medios biolóxicos, d) ten una alta tolerancia a moitos grupos químicos funcionais (é un quimioselectivo) e e) os triazoles producidos na reacción son pouco estables, pero non moi tóxicos.

A reacción de clic entre alquinos e acedas permite construír moléculas complexas facilmente. De feito, con aminoácidos, azucres e nucleótidos que conteñen grupos alquinos e acedas pódense elaborar proteínas, sacáridos ou ADN "clicables". Imaxe: Jesus Mari Aizpurua.

A química converte o clic nunha síntese química modular. Do mesmo xeito que co xoguete Leigo, as moléculas complexas pódense construír facilmente "clicando" entre si outras máis sinxelas. Ademais, as reaccións de clic son sinxelas paira facer científicos sen experiencia en química orgánica. Por iso, son ideais paira adaptarse á síntese de robots.

Dado que os compostos que conteñen grupos químicos alquinos e acedas son estraños na natureza, as reaccións de clic son bioortogonales, é dicir, non requiren de grupos protectores paira proporcionar estruturas bioconjugadas ou híbridas. Por tanto, poden utilizarse aminoácidos, azucres ou ácidos nucleicos que conteñan grupos alquinos e acedas paira elaborar proteínas, sacáridos ou ADN "clicantes". Todas estas características permitiron que as aplicacións de reaccións de clic superen rapidamente o ámbito da síntese orgánica e estendéronse á bioquímica, química farmacéutica, diagnóstico clínico, ciencia de materiais e nanociencia, entre outros. Nos últimos sete anos publicáronse en revistas científicas máis de 12.000 artigos relacionados coa química do clic.

A química tivo moitos usos rechamantes, polo que é imposible informar de todos eles aquí. Veremos un par de exemplos: o primeiro é o C da Universidade de Berkley. R. É a célula viva máis fluorescente obtida por Bertozzis. Una vez alimentadas as células cun azucre acedo especial (azida manosa), as membranas recúbrense dun grupo de azidas. Inmediatamente despois da reacción de clic coa molécula fluorescente que contén o grupo alquino, as células convértense en fluorescentes… e sobreviven! Similares a este procedemento probáronse tamén en seres vivos máis grandes como o peixe cebra.

C. Universidade Berkley R. Bertozzis logrou células vivas fluorescentes alimentando as células cun azucre de ácido e usando una molécula fluorescente con grupo alquino. Imaxe: Jesus Mari Aizpurua.

Os clicks tamén chegaron á nanotecnoloxía. En 2009, J. F. O estadounidense Stoddart conseguiu una nanomarrización química sobre o ferro de silicio. Paira iso utilizou un microscopio de forza atómica (AFM), provisto de nanopuntas de cobre, sobre unha lámina de silicio recuberta de grupos de azidas. Tras impregnar esta lámina de alquino de ácido 4-pentino e alcol, escribe sobre ela a letra N con nanopunta. Dado que a reacción só se cataliza en lugares despuntados, una vez limpa o ferro con alcol, a imaxe nanométrica da letra N queda asociada á superficie. Loxicamente, esta técnica permite case calquera biomolécula nanolitografiar en superficies de diferentes materiais.

C. Universidade Berkley R. Bertozzis logrou células vivas fluorescentes alimentando as células cun azucre de ácido e usando una molécula fluorescente con grupo alquino. Imaxe: Jesus Mari Aizpurua.

Por iso, é difícil predicir que novas estruturas construirán os científicos nun futuro próximo, pero una cousa é segura: o son de clic escoitarase cada vez máis en laboratorios de todo o mundo.