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Química combinatoria dinámica ( DCC ); también conocida como química dinámica constitucional ( CDC ) es un método para la generación de nuevas moléculas formadas por reacción reversible de bloques de construcción simples bajo control termodinámico . [3] [4] La biblioteca [ se necesita más explicación ] de estos bloques de construcción que se interconvierten de manera reversible se llama biblioteca combinatoria dinámica ( DCL ). [5] [6] Todos los constituyentes en una DCL están en equilibrio , y su distribución está determinada por su estabilidad termodinámica dentro de la DCL. La interconversión de estos bloques de construcción puede involucrar interacciones covalentes o no covalentes . Cuando una DCL se expone a una influencia externa (como proteínas o ácidos nucleicos ), el equilibrio cambia y aquellos componentes que interactúan con la influencia externa se estabilizan y amplifican , lo que permite que se forme más compuesto activo.
Historia
Según la definición moderna, la química combinatoria dinámica se considera generalmente un método para facilitar la generación de nuevas especies químicas mediante el enlace reversible de bloques de construcción simples, bajo control termodinámico. [4] Se sabe que este principio selecciona el producto termodinámicamente más estable de una mezcla equilibrante de varios componentes, un concepto comúnmente utilizado en química sintética para dirigir el control de la selectividad de la reacción. [7] Aunque este enfoque se utilizó posiblemente en el trabajo de Fischer [8] y Werner [9] ya en el siglo XIX, sus respectivos estudios de la química de carbohidratos y de coordinación se limitaron a una especulación rudimentaria, que requirió el fundamento de la termodinámica moderna. [10] [11] No fue hasta que la química supramolecular reveló los primeros conceptos de reconocimiento molecular, complementariedad y autoorganización que los químicos pudieron comenzar a emplear estrategias para el diseño y la síntesis racionales de objetivos macromoleculares. [12] El concepto de síntesis de plantillas se desarrolló y racionalizó aún más a través del trabajo pionero de Busch en la década de 1960, que definió claramente el papel de una plantilla de iones metálicos en la estabilización del producto "termodinámico" deseado, lo que permitió su aislamiento de la compleja mezcla de equilibrio. [13] [14] Aunque el trabajo de Busch ayudó a establecer el método de plantillas como una poderosa ruta sintética para estructuras macrocíclicas estables, este enfoque permaneció exclusivamente dentro del dominio de la química inorgánica hasta principios de la década de 1990, cuando Sanders et al. propusieron por primera vez el concepto de química combinatoria dinámica. [4] Su trabajo combinó la plantilla termodinámica junto con la química combinatoria, para generar un conjunto complejo de macrociclos de porfirina e imina utilizando una modesta selección de bloques de construcción simples.
Sanders desarrolló esta manifestación temprana de la química combinatoria dinámica como una estrategia para la síntesis orgánica; el primer ejemplo es la macrolactonización controlada termodinámicamente de oligocolatos para ensamblar macrociclos derivados de esteroides cíclicos capaces de interconversión a través del intercambio de componentes. [15] Los primeros trabajos de Sanders et al. emplearon la transesterificación para generar bibliotecas combinatorias dinámicas. En retrospectiva, fue desafortunado que se seleccionaran ésteres para mediar el intercambio de componentes, ya que los procesos de transesterificación son inherentemente lentos y requieren condiciones anhidras vigorosas. [4] Sin embargo, sus investigaciones posteriores identificaron que tanto los enlaces covalentes disulfuro como hidrazona exhiben procesos efectivos de intercambio de componentes y, por lo tanto, presentan un medio confiable para generar bibliotecas combinatorias dinámicas capaces de templación termodinámica. Esta química ahora forma la base de mucha investigación en el campo en desarrollo de la química covalente dinámica, y en los últimos años ha surgido como una herramienta poderosa para el descubrimiento de receptores moleculares.
Dirigido a proteínas
Uno de los desarrollos clave dentro del campo de DCC es el uso de proteínas (u otras macromoléculas biológicas , como los ácidos nucleicos ) para influir en la evolución y generación de componentes dentro de un DCL. [16] [17] [18] [19] [20] [21] El DCC dirigido por proteínas proporciona una forma de generar, identificar y clasificar nuevos ligandos proteicos y, por lo tanto, tiene un enorme potencial en las áreas de inhibición enzimática y descubrimiento de fármacos . [22]
Reacciones covalentes reversibles
El desarrollo del DCC dirigido a proteínas no ha sido sencillo porque las reacciones reversibles empleadas deben ocurrir en solución acuosa a pH y temperatura biológicos , y los componentes del DCL deben ser compatibles con las proteínas . [16] [22]
Se han propuesto y/o aplicado varias reacciones reversibles en la DCC dirigida por proteínas. Estas incluyen la formación de ésteres de boronato, [23] [24] [25] intercambio de diseluros-disulfuros, [26] formación de disulfuro, [27] [28] [29] formación de hemitiolacetal, [30] [31] formación de hidrazona, [32] [33] formación de imina [34] [35] [36] e intercambio de tiol-enona. [37]
El sistema DCC dirigido por proteínas debe ser susceptible de un cribado eficiente. [16] [22] Se han aplicado varias técnicas analíticas al análisis de DCL dirigido por proteínas. Estas incluyen HPLC , [27] [31] [32] [35] espectrometría de masas , [24] [28] [29] [33] espectroscopia de RMN , [23] [25] [30] y cristalografía de rayos X. [46 ]
Enfoque multiproteico
Aunque la mayoría de las aplicaciones de DCC dirigidas a proteínas hasta la fecha implicaban el uso de una sola proteína en el DCL, es posible identificar ligandos de proteínas utilizando múltiples proteínas simultáneamente, siempre que se disponga de una técnica analítica adecuada para detectar las especies de proteínas que interactúan con los componentes del DCL. [47] Este enfoque se puede utilizar para identificar inhibidores específicos o inhibidores enzimáticos de amplio espectro.
Otras aplicaciones
El DCC es útil para identificar moléculas con propiedades de unión inusuales y proporciona rutas sintéticas para moléculas complejas que no son fácilmente accesibles por otros medios. Estos incluyen materiales inteligentes , foldámeros , moléculas autoensamblables con arquitecturas entrelazadas y nuevos materiales blandos . [4] La aplicación del DCC para detectar compuestos bioactivos volátiles , es decir, la amplificación y detección de olores , se propuso en un documento conceptual. [48] Recientemente, el DCC también se utilizó para estudiar los orígenes abióticos de la vida . [49]
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Enlaces externos
Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill: Centro de química combinatoria dinámica [ cita requerida ]
Universidad de Cambridge: Química combinatoria dinámica