Síntesi d’anàlegs de la biotina i lligands divalents. Estudi de la interacció amb avidina i estreptavidina

Abstract

En el present treball s’han sintetitzat dos lligands divalents i tres lligands monovalents per a les proteïnes avidina i estreptavidina, i s’han determinat les corresponents constants d’associació.

Els lligands divalents estan formats per un espaiador semi-rígid que uneix dues entitats monovalents idèntiques amb capacitat per unir-se a aquestes proteïnes. L’entitat monovalent dels extrems consta d’una estructura bicíclica tipus [3.3.1] amb una urea a cada cicle i un grup isopropil al pont més curt, amb una cadena lateral de valerat sobre el carboni cap de pont. L’espaiador està format per un nucli rígid derivat de l’àcid 3,5-dietinilbenzoic i dues parts no rígides derivades de l’1,4-butandiamina o l’1,6-hexandiamina, de manera que els dos lligands divalents difereixen en la longitud de la part no rígida de l’espaiador.

Per als lligands divalents sintetitzats al present treball es van obtenir unes constants d’afinitat d’entre 107 i 108 M-1 tant per a l’avidina com per a l’estreptavidina, on el lligand amb l’espaiador més curt (26 enllaços entre els carbonils de les cadenes laterals de les entitats monovalents) va resultar ser el de major afinitat per a aquestes proteïnes. Aquest lligand presenta afinitats més elevades per a aquestes proteïnes que altres lligands amb espaiadors de mateixa longitud però amb una part rígida menys extensa. Les molaritats efectives obtingudes també van ser molt elevades (fins a 0,139 M en el cas de l’avidina i de més de 6 M en el cas de l’estreptavidina).

Els lligands monovalents d’avidina i d’estreptavidina que s’han sintetitzat estan formats per una estructura bicíclica de tipus [3.3.1] amb una urea a un dels cicles i una cadena lateral d’àcid carboxílic unida a l’altre cicle. Els lligands difereixen en la longitud de la cadena lateral (1, 3 i 4 metilens).

Es van sintetitzar mitjançant una síntesi estereoselectiva. Dels tres estereocentres de la molècula dos d’ells es van formar a la vegada en produir-se una ciclació

intramolecular. El tercer es va generar per hidrogenació d’un doble enllaç aprofitant el fet que el sistema bicíclic dirigia l’aproximació del catalitzador per la cara desitjada.

Es va observar que aquests lligands tenen unes afinitats elevades per a l’avidina (de fins a 2,2·109 M-1) quan la longitud de la cadena lateral (3 metilens) i l’estereoquímica són les adequades (enantiòmer-(+)). Les enantioselectivitats són elevades en el cas del lligand amb una cadena lateral de 3 metilens (1800). De la mateixa manera, quant a l’estreptavidina s’han observat afinitats de fins a 8,1·106 M-1 (lligand amb 4 metilens a la cadena lateral) i enantioselectivitats de fins a 210.

Two divalent ligands and three monovalent ligands for avidin and streptavidin have been synthesized. Their affinity constants for these proteins have been measured.

The divalent ligands are made of a semi-rigid spacer that links two equal monovalent entities capable of binding these proteins. The monovalent entities are bicyclo[3.3.1] structures with a ureido group in each cycle and an isopropyl group in the shortest bridge, with a valerate side chain attached to the bridgehead carbon. The spacer consists of a core made of a 3,5-diethynylbenzoic acid derivative and a flexible part that derives from 1,4-diaminobutane or 1,6-diaminohexane, so these two ligands differ from the length of the spacer.

One of these ligands showed affinities with avidin and streptavidin around 108 M-1, with effective molarities of 0,139 M for avidin and more than 6 M for streptavidin. The affinities observed for this ligand are higher than affinities of other divalent ligands with a spacer of the same length but with a not so large rigid part.

The monovalent ligands are bicyclo[3.3.1] compounds with a ureido group on one side and a lateral chain, of different length for each one, attached to the other cycle with a carboxylate group at the end.

A stereoselective synthesis was addressed, with formation of two of the three stereocenters in one step by an intramolecular cyclization. The third, corresponding to the lateral chain, was set by a hydrogenation of a double bound in which the substrate favored approximation of the catalyst towards one face of the olefin over the other.

These ligands showed affinities for avidin up to 2,2·109 M-1 with enantioselectivities up to 1800. Affinities for streptavidin were lower (up to 8,1·106 M-1) and enantioselectivities up to 210.