La ligadura química es la condensación quimioselectiva de segmentos peptídicos desprotegidos posibilitada por la formación de un enlace no nativo en el sitio de ligadura.
La ligación química se lleva a cabo habitualmente en solución acuosa. Se pueden utilizar múltiples reacciones consecutivas de ligación química para obtener 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 "ligación química" fue introducido por Kent a principios de la década de 1990. [1] Consistía en un enfoque novedoso para la condensación covalente de segmentos peptídicos desprotegidos por medio de "funcionalidades únicas, mutuamente reactivas, una en cada segmento peptídico reactivo, diseñadas para reaccionar solo entre sí y no con ninguno de los grupos funcionales encontrados en péptidos (nativos)". La ligadura química de péptidos desprotegidos se posibilita mediante la formación de una fracción no natural, es decir, un enlace no peptídico , que une los dos segmentos peptídicos en el producto de la ligadura. 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 ligadura química nativa . Los métodos originales de ligadura química implicaban la formación de un enlace no nativo en el sitio de ligadura. Posteriormente, se desarrolló la ligadura química nativa . En la ligadura química nativa, un tioéster peptídico desprotegido reacciona con la cisteína N-terminal de un segundo péptido para dar un producto de ligadura en el que un enlace peptídico nativo une los dos segmentos peptídicos. En este método, un producto intermedio de ligadura unido al tioéster inicial se reorganiza para 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 proteína.
La ligación química nativa depende de la presencia de un residuo de cisteína en el sitio de ligación. Los métodos que utilizan grupos auxiliares removibles pueden, en algunos casos, extender el uso de la ligación química nativa a residuos que no sean de cisteína, al igual que el uso de la desulfuración posterior a la ligación (por ejemplo, convertir una Cys en una Ala).
Al explotar las inteínas naturales , es posible preparar un tioéster C-terminal de polipéptido recombinante . Esto permite el uso de tioésteres grandes derivados de proteínas recombinantes en la ligadura química nativa. El tioéster recombinante se puede ligar a un péptido sintético que lleva una cisteína N-terminal. La ligadura química nativa de este tipo que utiliza tioésteres C-terminales recombinantes se conoce como ligadura de proteína expresada . La expresión recombinante también se puede utilizar para dar un polipéptido Cys para su uso en la ligadura química nativa.
La ligadura de Staudinger, descrita por primera vez en el año 2000, permite en principio la ligadura de segmentos peptídicos independientemente de los aminoácidos terminales. El método se basa en la reacción de Staudinger . La ligadura de Staudinger sigue desarrollándose, pero aún no se ha generalizado su uso.
La ligación Ser/Thr se introdujo en la síntesis química de proteínas como un método alternativo de ligación química nativa. La ligación 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 de salicilaldehído peptídico y el grupo 1,2-hidroxilamina de Ser o Thr conduce a la formación de un intermediario unido a acetal N,O-bencilideno , que sufre acidólisis para producir un enlace peptídico natural Xaa-Ser/Thr. La ligación Ser/Thr proporciona un método complementario para la síntesis y semisíntesis química de proteínas.