实验方案(Protocols)

生物正交化学

简介

          生物正交化学是一系列可在生物环境中进行而不影响生物分子或干扰生物化学过程的反应。为此,反应必须满足以下要求:快速、高效和特异。

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          - pH 值: 反应必须在生理环境的温度和 pH 值下进行。
          - 高效: 反应必须选择性地提供高产率的产物,并且不受水或复杂生物环境中的内源性亲核物、亲电物、还原剂或氧化剂的影响。
          - 快速:反应必须快速,即使在低浓度下也是如此,而且必须形成稳定的反应产物。
          - 特异性: 反应应涉及生物系统中天然不存在的官能团


历史

速率常数比较


图 1. 各种环辛炔衍生物的化学结构(按对叠氮化物的反应性排序),括号中给出了每种衍生物的速率常数(k2、M1 -s1 )。


图 2 某些四嗪与 TCO 在 37 °C 的 PBS 中的二阶速率常数,以及在 37 °C 的 PBS 中 10 小时的相应稳定性评估。



生物正交反应的优缺点

表 1. 生物正交反应的优缺点概述

双正交反应 优势 缺点
施陶丁格连接 叠氮化物和膦是生物兼容、稳定的酰胺连接体 反应缓慢,膦容易氧化
CuAAC(叠氮化物 + 烯烃) 反应速度快,20uM Cu(I)时 k ~10-100(M-1S -1 )。良好的区域选择性 尽管有一些配体(如 THPTA)可以稳定铜催化剂,但铜的毒性仍然令人担忧
SPAAC(叠氮+DBCO) 不使用铜催化剂 k~ 1-60 (M-1S -1 ) 1.反应速度比 CuAAC 慢,笨重的环辛炔难以加入生物大分子中
2.首选溶剂:乙醇(10-40%)或二甲基亚砜(最高 60%)/PBS 缓冲液
3. pH < 5.5 rxn 速度减慢是因为低稳定性 DBCO?
4. 硫醇、叠氮化钠与 DBCO 反应
IEDDA (TCO + Tz) 反应速度极快,k ~ 1-106 (M-1S -1) TCO 在水环境中的稳定性较低

          - CuAAC:铜催化叠氮-炔环加成;
          - SPAAC:应变促进叠氮-炔环加成反应;
          - IEDDA:反电子需求 Diels-Alder 反应


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Da — 若无特别说明,分子量单位默认为道尔顿。   Mw — 重均分子量。   Mn — 数均分子量。

产品仅供科研与开发使用,不用于人体、动物、诊断或治疗。

引用本文

阿拉丁科学.《生物正交化学》. 阿拉丁知识库,更新于 2025年3月25日。 https://www.aladdin-e.com/zh_cn/faqs/bioorthogonal-chemistry.html
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