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Pinzas moleculares

Figura 1. Trinitrofluoreno unido en pinzas moleculares informado por Lehn y compañeros de trabajo. [1]
Figura 2. Un fullereno unido a un buckycatcher mediante interacciones de apilamiento aromático . [2]

Las pinzas moleculares y los clips moleculares son moléculas huésped con cavidades abiertas capaces de unirse a moléculas huésped. [3] La cavidad abierta de las pinzas moleculares puede unir a los huéspedes mediante enlaces no covalentes , que incluyen enlaces de hidrógeno , coordinación de metales, fuerzas hidrofóbicas , fuerzas de van der Waals , interacciones π-π y/o efectos electrostáticos. Estos complejos son un subconjunto de receptores moleculares macrocíclicos y su estructura es que los dos "brazos" que unen la molécula huésped entre ellos sólo están conectados en un extremo, lo que conduce a una cierta flexibilidad de estas moléculas receptoras (modelo de ajuste inducido).

Historia

El término "pinzas moleculares" fue utilizado por primera vez por Whitlock. [4] La clase de anfitriones fue desarrollada y popularizada por Zimmerman a mediados de los 80 y principios de los 90 [5] [6] [7] y más tarde por Klärner. [8]

Ejemplos

Algunas pinzas moleculares unen a los invitados aromáticos . [1] Estas pinzas moleculares consisten en un par de brazos de antraceno sostenidos a una distancia que permite a los huéspedes aromáticos obtener interacciones π-π de ambos (ver Figura). Otras pinzas moleculares cuentan con un par de porfirinas unidas . [9]

Otro tipo más de pinzas moleculares se unen a los fullerenos . [2] Estos "buckycatchers" se componen de dos pinzas de coranuleno que complementan la superficie del huésped convexo de fullereno (Figura 2). Se calculó una constante de asociación ( Ka ) de 8.600 M -1 utilizando espectroscopía de RMN 1H .

Stoermer y sus colaboradores describieron hendiduras capaces de capturar moléculas de ciclohexano o cloroformo. Curiosamente, las interacciones pi desempeñaron un papel clave en la captura de invitados, así como en la tasa de formación de hendiduras. [10]

Figura 3. La cadena lateral alifática de lisina unida dentro de la cavidad de la pinza de benceno molecular sustituida con fosfato mediante interacciones electrostáticas, CH-p e hidrofóbicas informadas por Klärner, Schrader y colaboradores. [9,10]

Las pinzas moleculares sustituidas con fosfato solubles en agua, hechas de sustituyentes alternos de fenilo y norbornenilo, se unen a cadenas laterales alifáticas cargadas positivamente de aminoácidos básicos, como la lisina y la arginina (Figura 3). [11] [12] Compuestos similares llamados "clips moleculares", cuyas paredes laterales son planas en lugar de convexas, prefieren encerrar anillos planos de piridinio (por ejemplo, el anillo de nicotinamida de NAD(P)+) entre sus paredes laterales planas de naftaleno (Figura 4). ). [13] Estos modos de unión mutuamente excluyentes hacen que estos compuestos sean herramientas valiosas para investigar interacciones biológicas críticas de cadenas laterales de aminoácidos básicos en péptidos y proteínas, así como de NAD(P) + y cofactores similares. Por ejemplo, ambos tipos de compuestos inhiben las reacciones de oxidación del etanol por la alcohol deshidrogenasa o de la glucosa-6-fosfato por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa , [14] respectivamente.

Figura 4. El complejo anfitrión-huésped de doble sándwich del clip molecular sustituido con fosfato y el dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD + , el cofactor de muchas enzimas redox). El anillo de nicotinamida (el sitio activo de NAD + ) está unido entre las paredes laterales de naftaleno del clip, como informaron Klärner, Schrader, Ochsenfeld y colaboradores. [11]

Las pinzas moleculares, pero no las pinzas, inhiben eficazmente la formación de oligómeros y agregados tóxicos por proteínas amiloidogénicas asociadas a diferentes enfermedades. Los ejemplos incluyen las proteínas implicadas en la enfermedad de Alzheimer : la proteína β amiloide (Aβ) y tau; [15] [16] [17] α-sinucleína, que se cree que causa la enfermedad de Parkinson y otras sinucleinopatías [18] [19] [20] [21] y está implicada en las lesiones de la médula espinal ; [22] Huntingtina mutante, que causa la enfermedad de Huntington; [23] polipéptido amiloide de los islotes (amilina), que mata las células β pancreáticas en la diabetes tipo 2 ; [24] transtiretina (TTR), que causa polineuropatía amiloide familiar, miocardiopatía amiloide familiar y amiloidosis sistémica senil; [25] mutantes propensos a la agregación de la proteína supresora de tumores p53 ; [26] y proteínas del semen cuya agregación mejora la infección por VIH . [27] Es importante destacar que se ha descubierto que las pinzas moleculares son efectivas y seguras no solo en el tubo de ensayo sino también en modelos animales de diferentes enfermedades, [28] [29], lo que sugiere que pueden desarrollarse como medicamentos contra enfermedades causadas por factores anormales. agregación de proteínas, todos los cuales actualmente no tienen cura. También se demostró que destruyen las membranas de los virus con envoltura, como el VIH, el herpes y la hepatitis C, [27] lo que los convierte en buenos candidatos para el desarrollo de microbicidas.

Los ejemplos anteriores muestran la reactividad y especificidad potenciales de estas moléculas. La cavidad de unión entre los brazos laterales de la pinza puede evolucionar para unirse a un huésped apropiado con alta especificidad, dependiendo de la configuración de la pinza. Eso hace que esta clase general de macromoléculas sean receptores moleculares verdaderamente sintéticos con importantes aplicaciones en biología y medicina. [30] [31] [32]

Ver también

Referencias

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  2. ^ ab A. Sygula; FR Fronczek; R. Sygula; PW Rabideau; MM Olmstead (2007). "Un Buckycatcher de hidrocarburos doble cóncavo". Mermelada. Química. Soc. 129 (13): 3842–3843. doi :10.1021/ja070616p. PMID  17348661. S2CID  25154754.
  3. ^ Hardouin-Lerouge, M.; Hudhomme, P.; Salle, M. (2011). "Clips y pinzas moleculares que acogen a invitados neutrales" (PDF) . Reseñas de la sociedad química . 40 (1): 30–43. doi :10.1039/B915145C. PMID  21038068.
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  6. ^ Zimmerman, Carolina del Sur; Wu, W. "Unas pinzas moleculares rígidas con un sitio activo de ácido carboxílico: receptor excepcionalmente eficaz para adenina en un disolvente orgánico", J. Am. Química. Soc. 1989, 111, 8054.
  7. ^ Zimmerman, SC "Pinzas moleculares rígidas como anfitriones para la complejación de invitados neutrales", Arriba. actual. Química. 1993, 165, 71.
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