Doctorado
  1. Química inorgánica  1.1. Química de coordinación  1.1.1. Teoría del campo de ligandos  1.1.2. Teoría del campo de cristales  1.1.3. Teoría del Orbital Molecular para Compuestos de Coordinación  1.1.4. Estabilidad de los compuestos de coordinación  1.1.5. Espectros electrónicos de compuestos de coordinación  1.1.6. Isomería en Compuestos de Coordinación  1.1.7. Cinética y mecanismo de reacciones de coordinación  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos Metálicos  1.2.2. Alquilo y arilo metálico  1.2.3. Carbenos de Fischer y Schrock  1.2.4. Añadido Oxidativo y Eliminación Reductiva  1.2.5. Hidruros Metálicos  1.2.6. Catalysis por compuestos organometálicos  1.2.7. Metalocénicos y Complejos Sandwich  1.2.8. CH activation  1.3. Química del estado sólido  1.3.1. Estructuras y redes cristalinas  1.3.2. Teoría de bandas y propiedades eléctricas  1.3.3. Defectos en el cristal  1.3.4. Síntesis de materiales en estado sólido  1.3.5. Propiedades magnéticas y ópticas de los sólidos  1.3.6. Superconductividad  1.3.7. Ionics de estado sólido  1.4. Química bio-inorgánica  1.4.1. Metaloproteínas y enzimas  1.4.2. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  1.4.3. El papel de los metales en la medicina  1.4.4. Catalización bioinspirada  1.4.5. Interacciones Metal-ADN  1.4.6. Complejos metálicos en la ciencia médica  1.5. Lantánidos y actínidos  1.5.1. Configuración electrónica y estados de oxidación en lantánidos y actínidos  1.5.2. Propiedades Espectrales y Magnéticas en Lantánidos y Actínidos  1.5.3. Separación y Extracción de Lantánidos y Actínidos  1.5.4. Química de coordinación de los elementos del bloque f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de los compuestos de boro  1.6.2. Química de los compuestos de silicio y germanio  1.6.3. Química de los Compuestos de Fósforo y Azufre  1.6.4. Química organosilícica  1.6.5. Química de Gases Nobles
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición y sustitución electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones Pericíclicas  2.1.7. Reacciones fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidad y actividad óptica  2.2.2. Análisis estructural  2.2.3. Efectos estereolectrónicos  2.2.4. Síntesis asimétrica  2.2.5. Estereoquímica dinámica  2.3. Química Organometálica en la Síntesis Orgánica  2.3.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.3.2. Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición  2.3.3. Reacciones catalizadas por paladio  2.3.4. Metátesis de olefinas  2.3.5. Catalización de oro y plata  2.4. Química de productos naturales  2.4.1. Alcaloides y terpenoides  2.4.2. Esteroides y Flavonoides  2.4.3. Síntesis total de productos naturales  2.4.4. Biosíntesis de productos naturales  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química huésped-invitado  2.5.2. Autoensamblaje y reconocimiento molecular  2.5.3. Catalisis Supramolecular  2.5.4. Máquinas moleculares
  3. Química Física  3.1. T termodinámica  3.1.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.2. Potencial Químico y Equilibrio  3.1.3. Termodinámica estadística  3.1.4. Termodinámica de no equilibrio  3.2. Química Cuántica  3.2.1. Ecuación de Schrödinger y sus aplicaciones  3.2.2. Teoría de orbitales moleculares  3.2.3. Teoría del funcional de la densidad  3.2.4. Métodos post-Hartree–Fock  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoría de la velocidad de reacción  3.3.2. Mechanism and rate laws  3.3.3. Catalisis y cinética enzimática  3.3.4. Dinámica de reacción  3.4. Espectroscopía y estructura molecular  3.4.1. Espectroscopia Infrarroja  3.4.2. Espectroscopia UV-visible  3.4.3. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometría de Masas  3.4.5. Espectroscopía Raman  3.5. Química de Superficies y Coloides  3.5.1. Absorción y Catálisis  3.5.2. Surfactantes y micelas  3.5.3. Estabilidad Coloidal  3.5.4. Nanomateriales e Interfaces
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.1.4. Cromatografía iónica  4.2. Técnicas electroanalíticas  4.2.1. Voltametría y Polarografía  4.2.2. Conductometría y potenciometría  4.2.3. Colometría  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.3.2. Espectroscopía de Fluorescencia  4.3.3. Difracción de rayos X  4.3.4. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  4.4. Quimiometría  4.4.1. Procesamiento de datos y métodos estadísticos  4.4.2. Análisis multidisciplinario  4.4.3. Aprendizaje Automático en Química Analítica
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.2. Métodos de química cuántica  5.3. Diseño de fármacos computacional  5.4. Aprendizaje automático en química  5.5. Dinámica molecular ab initio
  6. Biofísica y Química Medicinal  6.1. Descubrimiento y diseño de fármacos  6.2. Cinética enzimática e inhibición  6.3. Enfoque de biología química  6.4. Interacciones proteína-ligando  6.5. Química bioortogonal
  7. Química de materiales  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerización  7.1.2. Polímeros Funcionales  7.1.3. Polímero Biodegradable  7.1.4. Polímeros conductores y semiconductores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas y nanoestructuras  7.2.2. Nanomateriales basados en carbono  7.2.3. Quantum dots  7.3. Química Energética y Ambiental  7.3.1. Química de Baterías y Pilas de Combustible  7.3.2. Química verde y materiales sostenibles  7.3.3. Fotocatálisis

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Química bioortogonal


La química bioortogonal se refiere a reacciones químicas que pueden ocurrir dentro de sistemas vivos sin interferir con los procesos bioquímicos básicos. Estas reacciones están diseñadas para permanecer inactivas en presencia del complejo entorno de moléculas biológicas en el ambiente celular. Este concepto ha sido revolucionario en los campos de la biología química y la química medicinal, proporcionando a los científicos un conjunto de herramientas que les permite explorar y manipular moléculas biológicas en su contexto natural.

El término "bioortogonal" fue acuñado por Carolyn Bertozzi para describir reacciones que son inertes para los procesos celulares naturales. Estas reacciones abren la posibilidad de visualizar, etiquetar o manipular moléculas dentro de las células vivas u organismos vivos permaneciendo selectivamente reactivas incluso en medio de la alta complejidad de las biomoléculas.

Fundamentos de la química bioortogonal

En la química tradicional, las reacciones se llevan a cabo a menudo in vitro bajo condiciones controladas. Dentro de una célula viva, este nivel de control no es posible debido a la presencia de muchas biomoléculas reactivas como proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos. Por lo tanto, las reacciones bioortogonales deben satisfacer varios criterios:

  • Inercia hacia las moléculas biológicas.
  • La cinética es lo suficientemente rápida como para que se pueda lograr un marcado significativo en un tiempo razonable.
  • Especificidad hacia pares bioortogonales sin reactividad cruzada.
  • No tóxico para las células vivas.

Estos criterios garantizan que la química bioortogonal se pueda emplear en entornos biológicos complejos sin perturbar las funciones celulares normales.

Reacciones bioortogonales populares

Muchos tipos de reacciones se han adaptado y utilizado como dispositivos bioortogonales. A continuación se presentan algunos ejemplos clásicos:

1. Cicloadición de azida-alquino catalizada por cobre (CuAAC)

RN 3 + R'-C≡CH → RN 3-CR' (en presencia de Cu +)
Azida (RN 3) Alquinos (R'-C≡CH) Productos de triazol

Esta reacción, a menudo llamada "química de click", aprovecha la alta reactividad entre azidas y alquinos en presencia de un catalizador de cobre. El resultado es un enlace de 1,2,3-triazol que es estable y se puede utilizar para conectar una variedad de entidades moleculares. Una limitación, sin embargo, es la toxicidad potencial del cobre para las células, lo que requiere una cuidadosa optimización de las condiciones.

2. Cicloadición de azida-alquino promovida por tensión (SPAAC)

RN 3 + R'-C=C: → RN 3-R' (no se requiere catalizador)
Productos de cicloadición

SPAAC es una alternativa sin cobre al CuAAC, que utiliza la energía de tensión de los alquinos cíclicos para facilitar la reacción con azida sin un catalizador. Esto lo hace particularmente útil para aplicaciones en células vivas donde los iones de cobre podrían ser perjudiciales.

Aplicaciones en química biofísica

La capacidad de realizar modificaciones químicas in situ tiene un impacto profundo en los estudios biofísicos. Algunas aplicaciones incluyen:

Marcaje fluorescente

Las reacciones bioortogonales permiten que las sondas fluorescentes se unan a biomoléculas específicas, lo que nos permite visualizar la dinámica y distribución de estas moléculas en células vivas. Esto podría ser particularmente útil para rastrear el movimiento y la localización de proteínas o ácidos nucleicos a lo largo del tiempo.

Seguimiento de biomoléculas

Al etiquetar moléculas con mangos bioortogonales, los investigadores pueden seguir estos componentes a través de complejas vías biológicas para comprender los mecanismos de acción o identificar sitios clave de interacción.

Aplicaciones en química medicinal

Las técnicas bioortogonales han proporcionado soluciones innovadoras a los desafíos en el diseño y desarrollo de medicamentos. Algunas de las principales aplicaciones son las siguientes:

Entrega dirigida de medicamentos

Las reacciones bioortogonales se pueden utilizar para administrar medicamentos específicamente a células enfermas mediante el uso de ligandos de direccionamiento que se unen a marcadores de superficie celular presentes solo en estas células.

Activación de profármacos

Los profármacos son compuestos inactivos que pueden ser activados por procesos bioquímicos específicos en el cuerpo. Mediante el uso de la química bioortogonal, los profármacos pueden convertirse en sus formas activas específicamente en su sitio de acción, reduciendo así los efectos secundarios.

Direcciones futuras y desafíos

La química bioortogonal es un campo en rápida evolución, con esfuerzos continuos para desarrollar nuevas reacciones que cumplan con los estrictos requisitos de biocompatibilidad y selectividad. La búsqueda de expandir el alcance mediante el desarrollo de reacciones más rápidas, más selectivas y más biocompatibles continúa. Sin embargo, existen ciertos desafíos inherentes a lograr este objetivo. Estos incluyen la necesidad de:

  • Reacciones con velocidad extraordinaria que requieran la capacidad de funcionar eficazmente en sistemas biológicos dinámicos.
  • Socios de reacción que estén fácilmente disponibles o que puedan incorporarse fácilmente a sistemas biológicos.
  • Reducir aún más la citotoxicidad potencial de los componentes de la reacción y sus subproductos.

A medida que el campo avanza, el trabajo futuro probablemente se centrará en integrar técnicas bioortogonales con tecnologías emergentes como CRISPR o sistemas de administración de medicamentos a base de nanopartículas, ampliando así el conjunto de herramientas disponibles para biólogos moleculares y químicos.

La química bioortogonal es una evidencia del profundo impacto que las innovaciones en la interfaz química-biología pueden lograr, abriendo puertas para sondear e intervenir en sistemas vivos de maneras sin precedentes.


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