Buenas ammucurios@s
Hoy quiero hablaros de una científica que sabe mucho de
química, y curiosamente de un tipo de química, que yo hasta hoy que escribo
esto no conocía. Os presento a Carolyn Ruth Bertozzi y la química click.
¿Quién es Carolyn Bertozzi?
Carolyn Ruth Bertozzi o Carolyn Bertozzi nació
en Boston, Massachusetts, Estados Unidos, un 10 de octubre de 1966.
Esta científica destaca por ser una química estadounidense de
la Universidad Stanford, donde ocupa la Cátedra Anne T. and Robert
M. Bass en la Escuela de Humanidades y Ciencias. En 2022 fue laureada con el Premio Nobel de
Química junto a Barry Sharpless y Morten Meldal por
sus estudios e implementación de la teoría de la química click. Está
química, de la que más tarde hablaremos en detalle, en el caso de Bertozzi, ella
llevó la técnica a un nivel más avanzado, que ha hecho posible usarla en seres
vivos.
Investigación
Bertozzi estudió y recibió su título honorífico en química de
la Universidad de Harvard, donde trabajó con el profesor Joe
Grabowski en el diseño y construcción de un calorímetro fotoacústico.
Mientras estudiaba la licenciatura, participó en varias bandas, incluyendo una
con el futuro guitarrista de Rage Against the Machine, Tom Morello. Después de graduarse trabajó
brevemente en Bell Labs con Chris Chidsey y en el Hospital
General de Massachusetts. Pero, Carolyn no es la única científica de su
familia, ya que es hija del físico William Bertozzi y hermana menor
de Andrea Bertozzi, matemática de la Universidad de California en Los
Ángeles (UCLA). Aunque si es la primera de ellos, que obtiene un Nobel.
Carolyn concluyó su doctorado en Química en la UC
Berkeley en 1993 bajo la dirección del Profesor Mark Bednarski, trabajando
en la síntesis química de oligosacáridos análogos. En aquel
tiempo, ella realizaba su doctorado en la UCSF con el Profesor Steven Rosen,
donde estudió la actividad de oligosacáridos endoteliales en la adhesión de
células promotoras en zonas de inflamación, que se suelen asociar con
enfermedad y de señal para el sistema inmunitario. Fue capaz de modificar las
moléculas de proteína y azúcar en las paredes de células vivientes de
modo que éstas no rechazaran materiales extraños como implantes médicos. Bertozzi se unió a la
Universidad de California Berkeley en 1996
y es, actualmente, investigadora Howard Hughes Medical Institute (HHMI) desde
el 2000.
Carolyn actualmente, estudia la glicobiología de
enfermedades como el cáncer subyacente, desórdenes inflamatorios
como artritis, y enfermedades infecciosas como la tuberculosis.
En particular, Bertozzi analiza la superficie de las células relacionadas con
el reconocimiento de células y la comunicación intercelular. Es más, creó el
campo de la Química Bioortogonal, la cual emplea reporteros químicos
bioortogonales, como el azida para etiquetar las biomoléculas en sistemas
vivos. Su laboratorio también ha desarrollado herramientas químicas, incluyendo
aquellas para estudiar los glucanos o glicanos (es decir, los azúcares de las
membranas plasmáticas de las células) en sistemas vivos y más
recientemente nanotecnologías para sondeo de sistemas biológicos.
También, trabaja activamente con activadores
biotecnológicos. Ha servido en el equipo de investigación de GlaxoSmithKline,
donde ha tenido su avance por sí sola.
Varias de las tecnologías desarrolladas en su laboratorio han sido adaptadas
para el uso comercial.
La química click ¿eso qué es?
La química click o química clic es
una filosofía química introducida por K. Barry Sharpless del Instituto
de Investigación Scripps, en 2001. Esta química (por cierto repasar química en este glosario y los artículos asociados), describe una operatoria
química a medida, que sirve para generar sustancias de forma rápida y fiable al
unir pequeñas unidades entre sí. Se inspira en el hecho de que la naturaleza
también genera sustancias al unir pequeñas unidades modulares. Por tanto, la
química click no es una reacción específica, sino que es un concepto que imita
la naturaleza.
Las reacciones en la química click deberían reunir (o sería
deseable) que tuvieran las siguientes características:
- ser
modulares
- ser
de amplio alcance
- dar
un rendimiento químico muy alto
- generar
sólo subproductos inofensivos
- ser estereoespecíficas
- ser
fisiológicamente estables
- mostrar
una gran fuerza termodinámica con una liberación de energía
superior a 84 kJ/mol lo cual favorece que la reacción produzca
un solo producto de la reacción. Siendo una reacción exotérmica. Una reacción
exotérmica distinta hace que un reactivo "actúe como un
resorte".
- poseer
una elevada economía de átomos.
El proceso debe reunir (o sería deseable) las siguientes
características:
- requerir
condiciones simples de reacción
- usar
materiales de partida y reactivos fácilmente disponibles
- no
usar disolventes o utilizar un disolvente que sea benigno o que se elimine
fácilmente (preferentemente agua)
- proporcionar
un aislamiento simple del producto por métodos no cromatográficas (cristalización o destilación).
Y ¿Por qué todas estas características para esta química click?
En los sistemas biológicos y bioquímicos, las proteínas están
hechas de unidades repetidas de aminoácidos y los azúcares están
hechos de unidades repetidas de monosacáridos. Estas unidades de conexión
están basados en enlaces carbono-heteroátomo es decir, un átomo
de carbono – otro átomo – átomo de carbono (again) (C-X-C) más que en enlaces
carbono – carbono (C-C).
Además, las enzimas permiten que los procesos
químicos puedan superar grandes barreras de entalpía mediante una
serie de reacciones cada una de las cuales solo requiere un pequeño gasto de
energía. Esta imitación de la naturaleza en la síntesis orgánica es
esencial para el descubrimiento de nuevos fármacos, dada la gran cantidad de
estructuras posibles.
En el año 1996, W. C. Guida calculó el tamaño de la lista de
posibles fármacos en 1063 candidatos, basándose en la
presunción de que un candidato tendría menos de 30 átomos distintos del
hidrógeno, pesaría menos de 500 daltons, se compone de átomos determinados
como las moléculas en la naturaleza, que son: hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre, cloro y bromo
(siendo los más comunes. También, que es estable a temperatura ambiente y
también es estable frente al oxígeno y el agua.
Por tanto, la química click es la combinación de la química
combinatoria, la selección de alto rendimiento y la construcción
de librerías químicas que acelera el descubrimiento de nuevos
medicamentos convirtiendo cada reacción en una síntesis multietapa rápida,
eficiente y predecible.
Muchos de los criterios de la química click son subjetivos
y, aunque podrían acordarse criterios medibles y objetivos, es poco probable
que cualquier reacción sea perfecta para cada situación y aplicación, como
ocurre en la naturaleza. Sin embargo, se han identificado varias reacciones que
se ajusten al concepto mejor que otras:
- La cicloadición
1,3-dipolar de Huisgen, en particular la variante paso a paso catalizada
por Cu(I), y que es a menudo conocida simplemente como "la reacción
en un clic".
- Cicloadiciones tales
como la reacción de Diels-Alder
- Ejemplos
de sustitución nucleófila sobre todo a pequeños anillos tensionados como
los compuestos de epoxy y aziridina
- Formación
de urea de modo similar a la química del carbonilo, pero no
mediante reacciones del tipo aldol debido a la débil fuerza
termodinámica conductora.
- Reacciones
de adición a dobles enlaces carbono-carbono como la dihidroxilación o
los alquinos en la reacción tiol-ino.
¿Para qué sirve la química click?
La química click tiene amplias aplicaciones. Algunas de ellas
son:
- Síntesis
orgánica preparatoria de triazoles 1,4-sustituidos
- Modificación
de la función de péptidos con triazoles (muy usados como antifúngico)
- Modificación
de productos naturales y productos farmacéuticos
- Descubrimiento
de fármacos
- Macrociclaciones
mediante acoplamientos con triazoles catalizados con Cu(I)
- Modificación
de ADN y nucleótidos mediante ligazón con triazol
- Química
supramolecular: calixarenos, rotaxanos y catenanos
- Diseño
de dendrímeros
- Agrupaciones
(clusters) de hidratos de carbono y la conjugación de
hidratos de carbono por reacciones de ligadura con triazol catalizadas por
Cu(I)
- Polímeros
- Ciencia
de los materiales (especialmente, materiales biodegradables)
- Nanotecnología
- Bioconjugación,
por ejemplo, la azidocumarina.
La química click también se ha utilizado para el etiquetado
de forma selectiva de biomoléculas en sistemas biológicos. Una reacción click
se vaya a realizar en un sistema vivo debe cumplir un conjunto aún más riguroso
de los criterios, de los vistos previamente: debe ser bioortogonal, es decir,
los reactivos utilizados no pueden interactuar con el sistema biológico de
ninguna manera, ni pueden ser tóxicos. La reacción también debe llevarse a cabo
a pH neutro y en o alrededor de la temperatura corporal. La mayoría
de las reacciones click tienen un alto contenido de energía que hacen que las
reacciones sean irreversibles e incluyen procesos de enlace entre un átomo de
carbono y un heteroátomo. Un ejemplo de esto sería la reacción de
Staudinger de las azidas.
El 15 de julio de 2010, se anunció que el Instituto de
Investigación Scripps firmó un acuerdo de licencia con Allozyne, una
compañía privada de biotecnología con sede en Seattle. El
acuerdo ofrece a Allozyne una licencia para aplicar la química
click para el desarrollo exclusivo en las principales áreas terapéuticas,
además de una licencia no exclusiva para aplicaciones de diagnóstico.
Premios y legado
Fue directora del "Molecular Foundry", en el
centro de investigación de nanociencia en el Laboratorio
Nacional Lawrence Berkeley.
Recibió el premio MacArthur "genius" a la edad de 33 años, haciéndola
una de las científicas más jóvenes en recibir este premio. En 2010 fue la
primera mujer en recibir el prestigioso Premio Lemelson MIT. También es
miembro de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, la Academia
Nacional de Inventores y el Instituto de Medicina. En 2014, se anunció que
Carolyn sería la Editora en Jefe de la ACS Central Science, la
primera revista de acceso abierto de la Sociedad Química
Estadounidense que ofrece todo su contenido gratis al público.
Conclusiones
Carolyn Bertozzi sin duda, es una referente y pionera en la
química. Además, como curiosidad, ha sido pionera en que se ha declarado abiertamente
lesbiana, y en 2022 acudió a la ceremonia de entrega de los premios Nobel con
su pareja del mismo sexo (siendo la primera en hacerlo). Así me gusta, viva el
amor y la ciencia.
Recordaros que podéis leer más sobre científic@s interesantes aquí.
Referencias
- Mahal,
Lara K.; Yarema, Kevin J.; Bertozzi, Carolyn R. (1997). «Engineering
Chemical Reactivity on Cell Surfaces Through Oligosaccharide
Biosynthesis». Science 276 (5315):
1125-8. PMID 9173543. doi:10.1126/science.276.5315.1125. Mahal,
Lara K.; Yarema, Kevin J.; Bertozzi, Carolyn R. (1997). «Engineering
Chemical Reactivity on Cell Surfaces Through Oligosaccharide
Biosynthesis». Science 276 (5315):
1125-8. PMID 9173543. doi:10.1126/science.276.5315.1125.
- Bertozzi,
Carolyn R.; Kiessling, Laura L. (2001). «Chemical Glycobiology». Science 291 (5512):
2357-64. Bibcode:2001Sci...291.2357B. PMID 11269316. doi:10.1126/science.1059820. Bertozzi,
Carolyn R.; Kiessling, Laura L. (2001). «Chemical Glycobiology». Science 291 (5512):
2357-64. Bibcode:2001Sci...291.2357B. PMID 11269316. doi:10.1126/science.1059820.
- Saxon,
Eliana; Bertozzi, Carolyn R. (2000). «Cell Surface Engineering by a
Modified Staudinger Reaction». Science 287 (5460):
2007-10. Bibcode:2000Sci...287.2007S. PMID 10720325. doi:10.1126/science.287.5460.2007. Saxon,
Eliana; Bertozzi, Carolyn R. (2000). «Cell Surface Engineering by a
Modified Staudinger Reaction». Science 287 (5460):
2007-10. Bibcode:2000Sci...287.2007S. PMID 10720325. doi:10.1126/science.287.5460.2007.
- Prescher,
Jennifer A.; Bertozzi, Carolyn R. (2005). «Chemistry in living
systems». Nature Chemical Biology 1 (1):
13-21. PMID 16407987. doi:10.1038/nchembio0605-13. Prescher,
Jennifer A.; Bertozzi, Carolyn R. (2005). «Chemistry in living
systems». Nature Chemical Biology 1 (1):
13-21. PMID 16407987. doi:10.1038/nchembio0605-13.
- Wang,
Peng George, ed. (2001). Glycochemistry:
Principles, Synthesis, and Applications. New York: Marcel Dekker. ISBN 978-0-8247-0538-1. Wang,
Peng George, ed. (2001). Glycochemistry:
Principles, Synthesis, and Applications. New York: Marcel Dekker. ISBN 978-0-8247-0538-1.
- Adams,
Amy. «Stanford
chemist explains excitement of chemistry to students, the public». Stanford
News. Stanford News.
- «Premio
Nobel de Química para los padres de la 'química click'». Abc.
- Grabowski,
Joseph J.; Bertozzi, Carolyn R.; Jacobsen, John R.; Jain, Ahamindra;
Marzluff, Elaine M.; Suh, Annie Y. (1992). «Fluorescence probes in
biochemistry: An examination of the non-fluorescent behavior of
dansylamide by photoacoustic calorimetry». Analytical Biochemistry 207 (2):
214-26. PMID 1481973. doi:10.1016/0003-2697(92)90003-P.
- «Bertozzi:
Infectious In Her Enthusiasm». Chemical & Engineering News 78 (5):
26-35. 31 de enero de 2000.
- H.
C. Kolb, M. G. Finn and K. B. Sharpless (2001). «Click Chemistry: Diverse
Chemical Function from a Few Good Reactions». Angewandte Chemie
International Edition 40 (11): 2004-2021. PMID 11433435. doi:10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5.
- R.
A. Evans (2007). «The Rise of Azide–Alkyne 1,3-Dipolar 'Click'
Cycloaddition and its Application to Polymer Science and Surface
Modification». Australian
Journal of Chemistry 60 (6): 384-395. doi:10.1071/CH06457.
- D.
Díaz, M. G. Finn, K. B. Sharpless, V. V. Fokinb, C. J. Hawkerc.
Cicloadición 1,3-dipolar de azidas y alquinos. I: Principales aspectos
sintéticos. An.
Quím. 2008, 104(3), 173−180
- Tornoe,
C. W.; Christensen, C.; Meldal, M. (2002). «Peptidotriazoles on Solid
Phase: [1,2,3]-Triazoles by Regiospecific Copper(I)-Catalyzed 1,3-Dipolar
Cycloadditions of Terminal Alkynes to Azides». Journal of Organic Chemistry 67 (9):
3057-3064. PMID 11975567. doi:10.1021/JO011148J.
- F.
Himo, T. Lovell, R. Hilgraf, V.V. Rostovtsev, L. Noodleman, K.B.
Sharpless, V.V. Fokin (2005). «Copper(I)-Catalyzed Synthesis of Azoles,
DFT Study Predicts Unprecedented Reactivity and Intermediates». Journal of the American
Chemical Society 127: 210-216. doi:10.1021/ja0471525.
- John E. Moses and Adam D. Moorhouse (2007). «The growing applications of click chemistry». Chem. Soc. Rev. 36 (36): 1249-1262. PMID 17619685. doi:10.1039/b613014n.
No hay comentarios:
Publicar un comentario