Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Биофизика и медицинская химия ↓


Биоортогональная химия


Биоортогональная химия относится к химическим реакциям, которые могут происходить внутри живых систем, не вмешиваясь в основные биохимические процессы. Эти реакции разработаны таким образом, чтобы оставаться неактивными в присутствии сложной среды биологических молекул в клеточной среде. Эта концепция произвела революцию в области химической биологии и медицинской химии, предоставив ученым набор инструментов, которые позволяют исследовать и манипулировать биологическими молекулами в их естественном контексте.

Термин "биоортогональный" был введен Кэролин Бертоцци для описания реакций, которые инертны к естественным клеточным процессам. Эти реакции открывают возможность изображения, маркировки или манипулирования молекулами в живых клетках или живых организмах благодаря тому, что остаются избирательно реактивными даже в условиях высокой сложности биомолекул.

Основы биоортогональной химии

В традиционной химии реакции часто проводятся in vitro в контролируемых условиях. Внутри живой клетки такой уровень контроля невозможен из-за присутствия многих реактивных биомолекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы. Таким образом, биоортогональные реакции должны удовлетворять нескольким критериям:

  • Инертность к биологическим молекулам.
  • Кинетика достаточна быстрая, чтобы значительная маркировка могла быть достигнута в разумные сроки.
  • Специфичность к биоортогональным парам без перекрестной реактивности.
  • Нетоксичность для живых клеток.

Эти критерии обеспечивают возможность применения биоортогональной химии в сложных биологических условиях без нарушения нормальных функций клетки.

Популярные биоортогональные реакции

Многие типы реакций были адаптированы и использованы в качестве биоортогональных инструментов. Ниже приведены некоторые классические примеры:

1. Катализируемая медью азид-алкиновая циклоизоляция (CuAAC)

RN 3 + R'-C≡CH → RN 3-CR' (в присутствии Cu+)
Азид (RN 3) Алкины (R'-C≡CH) Продукты триазола

Эта реакция, часто называемая "клик-химией", использует высокую реактивность между азидами и алкинами в присутствии медного катализатора. Результатом является 1,2,3-триазольная связь, которая стабильна и может быть использована для соединения различных молекулярных сущностей. Однако одним из ограничений является потенциальная токсичность меди для клеток, что требует тщательной оптимизации условий.

2. Циклоизоляция азида-алкина, продвигаемая напряжением (SPAAC)

RN 3 + R'-C=C: → RN 3-R' (катализатор не требуется)
Продукты циклоизоляции

SPAAC — это вариант CuAAC без меди, использующий энергию напряжения циклических алкинов для облегчения реакции с азидами без катализатора. Это делает его особенно полезным для приложений в живых клетках, где ионы меди могут быть вредны.

Применения в биофизической химии

Способность вносить химические изменения непосредственно на месте оказывает глубокое влияние на биофизические исследования. Некоторые приложения включают в себя:

Флуоресцентная маркировка

Биоортогональные реакции позволяют прикреплять флуоресцентные зонды к определённым биомолекулам, что позволяет визуализировать динамику и распределение этих молекул в живых клетках. Это может быть особенно полезно для отслеживания перемещения и локализации белков или нуклеиновых кислот с течением времени.

Отслеживание биомолекул

При маркировке молекул биоортогональными элементами исследователи могут следить за этими компонентами через сложные биологические пути, чтобы понимать механизмы действия или выявлять ключевые участки взаимодействия.

Применения в медицинской химии

Биоортогональные техники предоставили инновационные решения для задач разработки и создания лекарств. Некоторые из основных приложений приведены ниже:

Целенаправленная доставка лекарств

Биоортогональные реакции могут быть использованы для доставки лекарств непосредственно к поражённым клеткам, используя целевые лиганды, связывающиеся с поверхностными маркерами клеток, присутствующими только на этих клетках.

Активация продругов

Продруги — это неактивные соединения, которые могут активироваться специфическими биохимическими процессами в организме. Используя биоортогональную химию, продруги могут быть преобразованы в активные формы непосредственно в месте их действия, что позволяет снизить побочные эффекты.

Будущие направления и вызовы

Биоортогональная химия — это быстро развивающаяся область, в которой ведутся постоянные усилия по разработке новых реакций, отвечающих строгим требованиям биосовместимости и селективности. Продолжаются попытки расширить охват, развивая более быстрые, более селективные и более биосовместимые реакции. Однако существуют определённые трудности, присущие достижению этой цели. Они включают необходимость:

  • Реакции с исключительной скоростью требуют способности эффективно функционировать в динамичных биологических системах.
  • Реакционные партнёры, которые доступны или могут быть легко внедрены в биологические системы.
  • дальнейшее сокращение потенциальной цитотоксичности компонентов реакции и побочных продуктов.

По мере развития этой области, будущая работа, скорее всего, будет сосредоточена на интеграции биоортогональных техник с новыми технологиями, такими как CRISPR или системы доставки лекарств на основе наночастиц, тем самым расширяя набор инструментов, доступных молекулярным биологам и химикам.

Биоортогональная химия является доказательством глубокого влияния, которое инновации на стыке химии и биологии могут достигнуть, открывая возможности для исследования и вмешательства в живых системах новыми способами.


Докторант → 6.5


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (6.4)
Взаимодействия белок-лиганд
Следующий (7) →
Химия материалов

Комментарии 



Биоортогональная химия

https://www.chemistryelite.com/phd/6.5?ceal=ru