La ligadura química es la condensación quimioselectiva de segmentos peptídicos desprotegidos habilitada por la formación de un enlace no nativo en el sitio de ligación.
La ligación química normalmente se lleva a cabo en solución acuosa. Se pueden utilizar múltiples reacciones de ligación química consecutivas para producir proteínas del tamaño típico que se encuentra en la naturaleza, es decir, con cadenas polipeptídicas que contienen entre 200 y 300 aminoácidos , producidas por síntesis total.
El concepto de "ligadura química" fue introducido por Kent a principios de los años 1990. [1] Consistía en un enfoque novedoso para la condensación covalente de segmentos peptídicos desprotegidos mediante "funcionalidades únicas y mutuamente reactivas, una en cada segmento peptídico reactivo, diseñadas para reaccionar sólo entre sí y no con ninguno de los grupos funcionales". encontrado en péptidos (nativos)''. La ligación química de péptidos desprotegidos se permite mediante la formación de un resto no natural, es decir, un enlace no peptídico , que une los dos segmentos peptídicos en el producto de ligación. Se concibió como un método general que simplificaría enormemente la síntesis química de moléculas de proteínas y permitiría la aplicación de todo el repertorio de la química al mundo de las proteínas.
El método más práctico y robusto para la reacción quimioselectiva de péptidos desprotegidos es la ligación química nativa . Los métodos de ligadura química originales implicaban la formación de un enlace no nativo en el sitio de ligadura. Posteriormente, se desarrolló la ligación química nativa . En la ligación química nativa, un tioéster peptídico desprotegido reacciona con la cisteína N-terminal de un segundo péptido para dar un producto de ligación en el que un enlace peptídico nativo une los dos segmentos peptídicos. En este método, un producto de ligación inicial unido a tioéster se reorganiza para formar formar un enlace amida . La ligadura química nativa supera las limitaciones del enfoque clásico de la química orgánica sintética para la síntesis total de proteínas y permitió la síntesis total o semisíntesis rutinaria de moléculas de proteínas.
La ligadura química nativa se basa en la presencia de un residuo de cisteína en el sitio de ligación. Los métodos que utilizan grupos auxiliares eliminables pueden en algunos casos ampliar el uso de ligación química nativa a residuos distintos de cisteína, al igual que el uso de desulfuración posterior a la ligación (por ejemplo, convertir una Cys en una Ala).
Aprovechando las inteínas naturales es posible preparar un tioéster C-terminal de polipéptido recombinante . Esto permite el uso de grandes tioésteres derivados de proteínas recombinantes en la ligación química nativa. El tioéster recombinante puede ligarse a un péptido sintético que porta una cisteína N-terminal. La ligación química nativa de este tipo utilizando tioésteres C-terminales recombinantes se conoce como ligación de proteínas expresadas . La expresión recombinante también se puede utilizar para dar un polipéptido Cys para uso en ligación química nativa.
La ligadura de Staudinger, descrita por primera vez en 2000, en principio permite la ligación de segmentos peptídicos independientes de los aminoácidos terminales. El método se basa en la reacción de Staudinger . La ligadura de Staudinger continúa desarrollándose pero aún no ha encontrado un uso generalizado.
La ligadura Ser/Thr se introdujo en la síntesis química de proteínas como un método alternativo de ligadura química nativa. La ligadura de serina / treonina implica la condensación de un segmento peptídico desprotegido de cadena lateral que contiene un éster de salicilaldehído C-terminal y otro segmento peptídico con un residuo Ser o Thr N-terminal. La reacción quimioselectiva entre el éster peptídico de salicilaldehído y el grupo 1,2-hidroxilamina de Ser o Thr conduce a la formación de un intermedio unido a acetal de N,O-bencilideno , que sufre acidólisis para producir un enlace peptídico natural Xaa-Ser/Thr. La ligadura Ser/Thr proporciona un método complementario para la síntesis química y semisíntesis de proteínas.