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El misterio de la reacción de ligadura por inversión: ¿Por qué NCL puede lograr una selectividad y quimioselectividad eficientes?
En el campo de la bioquímica moderna, la ligación química nativa (NCL) es en realidad una extensión importante del concepto de ligación química. Es un método de condensación covalente de dos o más péptidos no protegidos para construir una cadena polipeptídica más grande. La NCL es el método más eficiente para sintetizar proteínas nativas o modificadas de tamaños típicos, especialmente aquellas con menos de 300 aminoácidos.
En la reacción NCL, el grupo tiol ionizado del residuo de cisteína N-terminal de un péptido desprotegido ataca al tioéster C-terminal de un segundo péptido desprotegido en una solución tampón acuosa a pH 7,0. En líquido.
En el proceso NCL, el paso inicial de transtioesterificación es un proceso reversible, que hace que la reacción sea tanto quimioselectiva como regioselectiva, formando en última instancia un intermedio enlazado. Este intermedio se reorganiza rápidamente a través de una transferencia intramolecular de S,N-acilo, lo que da como resultado un enlace amida nativo (o "peptídico") en el punto de unión.
Mecanismo de reacción y sus características
En la reacción NCL, el catalizador de tiol más eficaz y comúnmente utilizado es el ácido 4-mercaptofenilacético. La naturaleza reversible de la reacción hace que el NCL sea altamente regioselectivo durante su síntesis. Por ejemplo, en presencia de un residuo interno de cisteína, el rendimiento del producto final todavía era muy alto, lo que se atribuyó a la irreversibilidad de la transferencia de acilo S-N del segundo paso en las condiciones de reacción.
Durante la reacción, prácticamente no se generan subproductos que se combinen con otros grupos funcionales. Esta característica hace que la NCL sea un método de síntesis química de gran precisión.
La historia de NCL se remonta a 1992, cuando el concepto de "enlace químico" fue desarrollado por Steven Kent y Martina Schnoelzer en el Instituto de Investigación Scripps. Esta innovación no sólo abrió el precedente para la condensación covalente de péptidos desprotegidos, sino que también se extendió a la tecnología NCL en 1994, permitiendo que se formen enlaces diéster de ácido oxálico entre péptidos y, en última instancia, se conviertan en enlaces amida nativos.
Aplicaciones contemporáneas y perspectivas futuras
La tecnología NCL constituye la base de la síntesis química de proteínas actual y se ha utilizado ampliamente para preparar una variedad de proteínas y enzimas. Su principal ventaja es que la eficiencia de conexión de péptidos largos mediante esta tecnología es a menudo cercana a la cuantitativa, permitiendo así la síntesis de muchas proteínas que no pueden sintetizarse por los métodos tradicionales debido a su tamaño, modificaciones y otras estructuras químicas.
La NCL se lleva a cabo generalmente en clorhidrato de guanidina 6 M en solución acuosa en presencia de un catalizador de tiol aromático, y los rendimientos de los péptidos resultantes suelen ser casi cuantitativos. Sin embargo, en el caso de los péptidos sensibles a la luz, se debe evitar el contacto con cetonas porque esto puede afectar la síntesis de péptidos y la eficiencia de la reacción.El método de NCL es inherentemente química verde debido a su economía de átomos y al uso de solventes no peligrosos.
ConclusiónAdemás, la tecnología NCL puede utilizar de forma flexible diferentes aminoácidos que contienen azufre o péptidos que contienen selenoaminoácidos N-terminales para la síntesis, lo que demuestra su fuerte potencial en biología sintética.
En resumen, la reversibilidad de la reacción NCL y su excelente selectividad la convierten en una tecnología importante para la síntesis de proteínas. A medida que los expertos exploran las posibles aplicaciones de estas reacciones, el NCL sin duda seguirá desempeñando un papel importante en la investigación biomédica futura. Por el contrario, también debemos pensar: ¿cuántas nuevas tecnologías posibles están esperando ser descubiertas para la futura ingeniería de proteínas?
