Click chemistry là một phản ứng hóa học được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2001, bởi nhà khoa học Sharpless và cộng sự. Trong đó, phản ứng click nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng các điều kiện phản ứng đơn giản để liên kết các đơn vị, phân tử nhỏ với nhau một cách nhanh chóng, đáng tin cậy nhằm bắt chước phương pháp tạo ra sự đa dạng phân tử của tự nhiên.
Hiện nay, chúng được biết đến là một tập hợp các phản ứng chọn lọc, hiệu quả cao, chính xác và nhanh chóng được sử dụng để phát triển các hợp chất tiềm năng ứng dụng trong các dược phẩm như các chất kháng virus, kháng khuẩn và ứng dụng trong chuẩn đoán, hình ảnh y sinh. Năm 2022, phản ứng Click đã xuất sắc giành được giải thưởng nobel hóa học danh giá với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu phát triển dược phẩm và lập bản đồ ADN.
Phản ứng Click được chia thành 4 loại chính bao gồm: Phản ứng cộng vòng (Cycloaddtion), phản ứng mở vòng nucleophilic (Nucleophilic substitution), phản ứng ngưng tự Carbonyl (Carbonyl condensation), và phản ứng cộng. Trong số 4 loại chính, phản ứng cộng vòng, đặc biệt là phản ứng cộng vòng tuần hoàn 1,3 lưỡng cực của nhà nghiên cứu Huisgen, đã được biết đến và sử dụng rộng rãi nhiều nhất trên thế giới. Dựa trên các công bố nghiên cứu khoa học được đề cập xuất bản trước đó, gần 100% các ấn phẩm đều đề cập đến phản ứng click này, phản ứng này đã được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực nghiên cứu đa dạng.
Chính vì vậy trong bài viết này sẽ đề cập đến loại phản ứng click cộng vòng Huisgen và phương pháp đánh dấu các oligonucleotide, DNA, peptide và protein bằng phản ứng click này.
Cơ chế của phản ứng Click chemistry
Phản ứng click là sự phản ứng giữa phân tử azide và alkyne tạo ra sản phẩm cộng hóa trị -1,2,3-triazole. Quá trình này còn được gọi là phản ứng cộng vòng alkyne-azide được xúc tác bằng CuAAC. Chất xúc tác thường được sử dụng dưới dạng phức hợp phối tử đồng. Trong vô số nhiều phản ứng hữu cơ, phản ứng click đã được chọn làm phản ứng hóa học liên hợp vì một số ưu điểm.
Ưu điểm của phản ứng click Chemistry
Phản ứng click có tính chọn lọc. Chúng chỉ diễn ra giữa các phân tử azide và alkyne. Phản ứng không bị ảnh hưởng bởi các nhóm hữu cơ khác có trong DNA và protein cần đánh dấu, chẳng hạn như nhóm amino và carboxy.
Azide và alkynes không hiện diện trong các phân tử sinh học tự nhiên. Những nhóm này được đưa vào DNA và protein một cách đặc biệt. DNA chứa alkyne có thể được điều chế bằng alkyne phosphoramidite trong quá trình tổng hợp oligo cơ bản. Các protein được đánh dấu bởi azide và alkyne có thể được tạo ra bằng cách hoạt hóa este-azide hoặc hoạt hóa este-alkyne.
Phản ứng click diễn ra trong nước. Dung dịch DMSO, DMF, acetonitrile, ethanol hoặc nước tinh khiết và buffer có thể được sử dụng cho phản ứng. Phản ứng có khả năng tương thích sinh học và có thể diễn ra trong tế bào sống.
Phương thức (protocol) tổng hợp một cách đơn giản, ít thao tác, nhanh chóng.
Phản ứng không nhạy cảm với pH. Không giống như phản ứng của NHS-ester với amin và một số chất hóa học liên hợp khác, hỗn hợp phản ứng không cần kiểm soát độ pH. Không cần điều chỉnh buffer bằng acid hoặc base – phản ứng Click hoạt động tốt trong khoảng pH từ 4-11.
Do đó, kỹ thuật này đã trở thành một kỹ thuật phổ biến được sử dụng để chuẩn bị tổng hợp nên các DNA, peptide, protein, oligo biến đổi được đánh dấu huỳnh quang (probe).
Phương thức đánh dấu oligo (Probe) bằng kỹ thuật click Chemistry
Đánh dấu oligonucleotide bằng phản ứng click là một phản ứng quy trình gồm 2 bước. Đầu tiên, alkyne được đưa vào oligonucleotide bằng cách sử dụng alkyne amidite. Thứ hai, oligo đã gắn alkynyl được đánh dấu bằng thuốc nhuộm có chứa azide trong các điều kiện thích hợp. Oligo được đánh dấu sau đó được kết tủa bằng aceton và được tinh sạch bằng phương pháp phù hợp. (HPLC là phương pháp thích hợp nhất).
So với việc đánh dấu dựa trên thuốc nhuộm amidite, phản ứng click tạo ra các oligonucleotide đánh dấu tinh khiết hơn, hiệu suất cao hơn, cần ít tinh sạch hơn. Thuốc nhuộm đắt tiền và nhạy cảm không cần sử dụng phản ứng khử (debocking reagents) và sẽ không bị lãng phí.
So với phương pháp NHS ester, phản ứng click có khả năng mở rộng, ứng dụng nhiều hơn và cần ít thuốc nhuộm hơn. Các oligo đánh dấu được làm sạch dễ dàng hơn. Phần dư của thuốc nhuộm gần như được loại bỏ hoàn toàn trong quá trình kết tủa acetone. So với việc đánh dấu este, đôi khi cần phải kết tủa nhiều lần để loại bỏ thuốc nhuộm dư thừa. Tính chất phản ứng click cho phép đánh dấu hiệu quả hàng trăm đơn vị oligonucleotide.
Tài liệu tham khảo
- Click chemistry-based oligonucleotide labeling technology. (n.d.). https://www.lumiprobe.com/probe-labeling-technology
- Introduction to click chemistry: A new method for the labeling and modification of biomolecules. (n.d.). https://www.lumiprobe.com/click-chemistry
- Kaur, J., Saxena, M., & Rishi, N. (2021). An overview of recent advances in biomedical applications of click chemistry. Bioconjugate Chemistry, 32(8), 1455-1471.
- The nobel prize in chemistry 2022. NobelPrize.org. (n.d.). https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2022/popular-information/
- Fantoni, N. Z., El-Sagheer, A. H., & Brown, T. (2021). A hitchhiker’s guide to click-chemistry with nucleic acids. Chemical Reviews, 121(12), 7122-7154.
- Click chemistry and Nucleic Acids. ATDBio. (n.d.). https://atdbio.com/nucleic-acids-book/Click-chemistry-and-nucleic-acids
