dimecres, 5 d’octubre del 2022

Química de clic i bioortogonal: Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal, K. Barry Sharpless, Premi Nobel de Química 2022

Química: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Química a Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal i K. Barry Sharpless "pel desenvolupament de la química de clic i de la química bioortogonal.". La química de clic permet la síntesi de noves molècules a partir de molècules més simples. La química bioortogonal aplica la química de clic a organismes vius. Tots dos són exemples de la introducció del funcionalisme en la química. Per a Sharpless és la segona vegada que rep un Premi Nobel després d'haver-lo rebut el 2001 per l'obtenció de molècules quirals òpticament pures. Bertozzi, Meldal i Sharpless es repartiran a parts iguals el 10 milions de corones sueques del Premi. Val a dir que Sharpless havia compartit el Premi Nobel del 2001 amb William S. Knowles i Ryoji Noyori, però llavors li correspongué la meitat del Premi. Així, estrictament podem dir que, a hores d'ara, Sharpless té 5/6 de Premis Nobels de Química, mentre que Bertozzi i Meldal tenen 1/3.

Un exemple de química de clic del grup de Meldal entre una azida orgànica i un alquí terminal.

Carolyn R. Bertozzi

Carolyn R. Bertozzi (*Boston, 10.10.1966) es graduà en química a la Harvard University, etapa en la que treballà en un calorímetre fotoacústic (Grabowski et al., 1992). Més tard s'incorporà al grup de Chris Chidsey en Bell Labs. Es doctorà el 1993 a la University of California, Berkeley, amb una tesi sobre la síntesi química d'anàlegs d'oligosacàrids, supervisada per Mark Bednarski. Després d'un postdoctorat a San Francisco amb Steven Rosen, retornà a Berkeley el 1996. Des del 2015 és professora de la Stanford University. Des del 2000 és investigadora al Howard Hughes Medical Institute. El 2008 fundà la start-up Redwood Bioscience, amb seu a Emeryville. Ha estat també co-fundadora de Enable Biosciences (2014), Palleon Pharma (2015), InterVenn Biosciences (2017), entre d'altres.

Morten Meldal

Morten P. Meldal (*Dinamarca, 16.1.1954) es graduà en enginyeria química a la Danmarks Tekniske Universitet (DTU), amb seu a Lyngby. En aquest mateix centre s'hi doctorà el 1986 amb una tesi sobre reaccions de sucres insaturats amb halurs d'hidrogen, comptant amb Klaus Bock com a supervisor. Des del 1983 al 1988. fou investigador independent a la DTU, alhora que feia una estada a Cambridge (1985-1986). El 1996 esdevingué professor adjunt al DTU. Des del 1998 és cap del grup de síntesi del Departament de Química del Laboratori Carlsberg. Actualment, també és professor de la Københavns Universitet. En el 2019 cofundà Betamab Therapeutics ApS, startup adreçada a l'aplicació d'anàlegs peptídics d'anticossos (els "betacossos").

K. Barry Sharpless

Karl Barry Sharpless (*Philadelphia, 1941) es graduà el 1959 a la Friends' Central School. Continuà els estudis al Dartmouth College (1959-1963). El 1965 es casà amb Jan Dueser, amb qui tindria tres infants. Abandonà la intenció d'estudiar medicina per fer una tesi doctoral de química amb Eugene van Tamelen (1925-2009) com a supervisor a la Stanford University. En el 1968 defensa amb èxit la tesi sobre el mecanisme d'acció de la ciclasa de 2-3-oxidoesqualè-lanosterol. Després treballà en química organo-metàl·lica amb James P. Collman (*1932) a Stanford, i en enzimologia amb Konrad E. Bloch (1912-2000) a Harvard. En el 1970 esdevingué professor ajudant al MIT, on patí un accident amb un tub de RMN que li costà la visió d'un ull. Més endavant fou professor de la Stanford (1977-1980), període després del qual tornà al MIT en una segona etapa del 1980 al 1990. Des del 1990 és professor a Scripps Research, amb seu a La Jolla, Califòrnia.

Química de clic

Sharpless i Meldal posaren les bases de la química de clic com a mètode ràpid i eficient de síntesi. La química de clic s'inspira en els processos de polimerització biològica. Pels volts de l'any 2000, Sharpless encunyà el terme "click chemistry", en el sentit que combinava rapidesa de reacció amb la minimització de subproductes no-desitjats (Kolb et al., 2001). De manera independent, Meldal i Sharpless desenvoluparen la cicloaddició azida-alquina catalitzada per coure (Tornøe et al., 2002; Rostovtsev et al., 2002).

La química de clic té aplicacions en síntesi farmacèutica (Kolb & Sharpless, 2003), seqüenciació genètica (Jaworski & Routh, 2017) i nous materials (Xi et al., 2014).

Química bioortogonal

Bertozzi traslladà la química de clic a organismes vius generant la química bioortogonal. Així va poder cartografiar els glicans presents en superfícies de les cèl·lules que tapissen els vasos sanguinis. Les reaccions bioortogonals poden aplicar-se en sistemes vivents perquè no interfereixen en les reaccions bioquímiques.

En el laboratori de Steve Rosen, Bertozzi treballava sobre el rol de les glicoproteïnes endotelials en l'adhesió de cèl·lules inflamatòries (1993-1996). Bertozzi aconseguí introduir implants moleculars en glicans d'endoteli viu. S'obrien noves perspectives en la glicobiologia (Bertozzi & Kiessling, 2001). En el 2003 encunyà el terme "química bioortogonal".

La química bioortogonal té aplucacions en biologia cel·lular i en el seguiy de processos biològics. Actualment hi ha assaigs clínics sobre reaccions bioortogonals aplicades a dirigir fàrmacs oncològics a les cèl·lules canceroses (Wu et al., 2021).

Esquema de l'aplicació de reaccions de química bioortogonal de clic en la captura local i activació d'agents citostàtics

Lligams:

- Pressmeddelande: Nobelpriset i kemi 2022.

- Chemical glycobiology. Carolyn R. Bertozzi & Laura L. Kiessling. Science 291: 2357-2364 (2001).

- Click chemistry: diverse chemical function from a few good reactions. Hartmuth C. Kolb, M. G. Finn, K. Barry Sharpless. Angewandte Chemie 40: 2004-2021 (2001).

- Peptidotriazoles on Solid Phase:  [1,2,3]-Triazoles by Regiospecific Copper(I)-Catalyzed 1,3-Dipolar Cycloadditions of Terminal Alkynes to Azides. Christian W. Tornøe, Caspar Christensen, Morten Meldal. Journal of Organic Chemistry 67: 3057-3064 (2001)

- A stepwise Huisgen cycloaddition process: copper(I)-catalyzed regioselective 'ligation' of azides and therminal alkynes. Vsevolod V. Rostovtsev, Luke G. Green, Valery V. Fokin, K. Barry Sharpless. Angewandte Chemie 41: 2596-2599 (2002).