Para químicos como Sarah Reisman, profesora de química en Caltech, sintetizar moléculas es como diseñar tu propio rompecabezas. Ya sabes cómo es el rompecabezas resuelto, la molécula, y tu trabajo es descubrir las mejores piezas para usarpara armarlo
"Observamos la molécula que queremos construir y pensamos en cómo cortarla en pedazos. Cuando estamos en el laboratorio, la pregunta es: ¿las piezas de tu rompecabezas se vuelven a unir?", Dice Reisman.
Sintetizar moléculas es una parte vital de muchas industrias de fabricación de productos químicos, desde la producción de combustibles hasta los tintes utilizados en televisores de pantalla plana con pantallas de diodos orgánicos emisores de luz OLED. Los científicos también crean moléculas desde cero para comprender mejor cómo funcionan, así comopara diseñar nuevas drogas.
El equipo de Reisman ha estado ocupado tratando de resolver el rompecabezas del insecticida ryanodina, una molécula compleja aislada por primera vez de una planta tropical en la década de 1940. La rianodina paraliza a los insectos al unirse a una clase de receptores de canales de calcio llamados receptores de rianodina. En humanos,estos receptores desempeñan papeles críticos en la función muscular y neuronal. Las mutaciones en los genes que codifican los receptores de rianodina pueden provocar enfermedades, incluidos ciertos tipos de arritmias cardíacas y posiblemente la enfermedad de Alzheimer.
Como un trampolín en el camino hacia la síntesis de la rianodina, Reisman, junto con el estudiante de posgrado Kangway Chuang y el investigador postdoctoral Chen Xu, atacaron por primera vez una molécula similar, el ryanodol. Ryanodol había sido creado previamente por otros dos grupos de investigación: a fines de la década de 1970, un equipo de investigación hizo ryanodol en 41 pasos, y en 2014, otro equipo sintetizó el químico en 35 pasos.
Ahora, reportando en el diario ciencia , el equipo de Reisman ha ideado una ruta para sintetizar ryanodol en solo 15 pasos. Esto reduce significativamente el tiempo requerido para producir ryanodol, y presumiblemente también ryanodina, que el equipo de Reisman intentará sintetizar a continuación.
"Una vez que tienes la plataforma para hacer ambas moléculas, se abren muchas posibilidades", dice Reisman. "En general, es importante que sepamos cómo juntar las moléculas. Sin esto, es difícil pensarsobre cómo estudiar la función biológica de las moléculas y desarrollar nuevos medicamentos "
El Ryanodol y la rianodina pertenecen a una clase de moléculas llamadas terpenos. Estas son moléculas de origen natural que comúnmente contienen entre 10 y 30 átomos de carbono. Por ejemplo, los terpenos de 10 carbonos incluyen R-carvona, la molécula detrás del sabor de las hojas de menta verde;y pineno, que se deriva de los pinos y es la sustancia química primaria en la trementina solvente de la pintura. La droga antipalúdica artemisinina, derivada del arbusto de ajenjo, es un terpeno de 15 carbonos.
Ryanodol y ryanodina son algunos de los terpenos de 20 carbonos químicamente más complejos, con cinco anillos de carbono diferentes y muchos enlaces carbono-oxígeno.
"Las formas más simples de terpenos te dan fragancias y sabores, pero a medida que construyes sobre la estructura, obtienes compuestos biológicos más interesantes como el ryanodol y la ryanodina", dice Reisman.
Existen dos grandes desafíos en la síntesis de ryanodol. Primero, los químicos tienen que construir los cinco anillos que forman la columna vertebral de carbono de la molécula, y segundo, tienen que decorar con precisión siete de los carbonos con "OH" ogrupos hidroxilo, la estructura química que se encuentra en los alcoholes. Las síntesis anteriores de ryanodol requerían múltiples reacciones químicas para introducir los grupos OH, agregando pasos adicionales. La síntesis de Reisman desarrolla nuevas reacciones que traen dos o tres alcoholes a la vez, un descubrimiento clave dela nueva síntesis que lo hace más eficiente.
El equipo de Reisman comenzó con un terpeno simple disponible en el mercado, luego unió dos de los grupos OH. Luego formaron cuatro de los cinco anillos de carbonos en una serie de reacciones. A continuación, el equipo trajo dos grupos OH más, y unprecursor de un grupo OH, nuevamente en un solo paso. El quinto y último anillo se formó en dos pasos usando condiciones desarrolladas en una síntesis previa, que también introdujo los dos grupos OH restantes.
"Cinco de los átomos de oxígeno se introducen con solo dos reacciones. Esa es la clave para racionalizar la síntesis", dice Reisman. "Es como construir a partir de Legos usando las piezas más grandes en lugar de las pequeñas. Llegas más rápido."
El equipo de Reisman ahora está trabajando en la pieza final del rompecabezas: crear rianodina a partir de ryanodol. Piensan que la solución no solo los ayudará a producir ryanodina sino que también ayudará en la síntesis de nuevos análogos de diseño. Esto conducirá a una mayor precisiónestudios de los receptores de ryanodina y el posible desarrollo de medicamentos que puedan atacarlos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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