Rewolucja w projektowaniu molekularnym: ujawniono przełączalną chiralność w bioinspirowanych podwójnych helisach

WarsawNaukowcy z Tokijskiego Uniwersytetu Naukowego dokonali znaczącego odkrycia, tworząc nowy rodzaj cząsteczek zwanych podwójno-helikalnymi monometallofoldamerami. Cząsteczki te potrafią zmieniać swój kształt, co czyni je bardzo użytecznymi. Są one stabilne i łatwe do kontrolowania. To odkrycie może prowadzić do wielu nowych zastosowań, w tym tworzenia materiałów o regulowanych właściwościach oraz rozwoju nowych systemów przetwarzania informacji molekularnej.

Innowacja polega na kompleksie z pojedynczym jonem metalu umieszczonym w centrum helis. Struktura ta może zmieniać kierunek nawijania, zarówno w lewo, jak i w prawo, w zależności od użytego rozpuszczalnika. Ta zdolność pozwala na tworzenie materiałów o specyficznych właściwościach chiralnych w zależności od warunków zewnętrznych.

Kluczowe cechy tych monometallofoldamerów to: przełączalna helikalność w reakcji na achiralne rozpuszczalniki, wysoka stabilność i możliwość dostosowywania oraz potencjał do replikacji i przenoszenia właściwości chiralnych.

To odkrycie stanowi istotny postęp w dziedzinie materiałów chiralnych. Tradycyjne, spiralnie ukształtowane cząsteczki zazwyczaj nie mogą łatwo zmienić kierunku swojego skręcenia, zwłaszcza w sposób kontrolowany. To odkrycie może prowadzić do nowych sposobów zarządzania złożonymi strukturami, podobnymi do DNA, ale z potencjalnie lepszymi właściwościami.

Zobacz również:

Dzisiaj · 15:57

Nowe odkrycie: nauka na poziomie pojedynczej komórki zmienia nasze postrzeganie inteligencji i adaptacji

Prof. Hidetoshi Kawai wraz ze swoim zespołem wykorzystali nici z jednostkami w kształcie litery L do stworzenia struktur helikalnych. Badania przeprowadzone przy użyciu krystalografii rentgenowskiej ujawniły, że te struktury formują podwójną helisę z kationem cynku w centrum. Badania wykazały, że te helisy mogą rozwijać się w wysokich temperaturach i ponownie zwijać przy niższych temperaturach, co wskazuje na ich dynamiczną stabilność.

Odkrycia te mają praktyczne zastosowania. W rozpuszczalnikach niepolarnych, takich jak toluen, heksan czy eter dietylowy, helisy przyjmują lewoskrętną formę (M-forma). W rozpuszczalnikach o działaniu zasadowym Lewisa, jak aceton czy DMSO, zmieniają się na prawoskrętną formę (P-forma). Dodanie chiralnych łańcuchów do jednej z nici helisy może przenieść tę chiralność na nić achiralną, wzmacniając sygnał chiralny.

Zdolność do zmiany orientacji i transmisji chiralnej otwiera drzwi do wielu fascynujących zastosowań:

• Tworzenie zaawansowanych sensorów chiralnych
• Rozwój materiałów z przełączalnymi właściwościami optycznymi
• Innowacyjne podejścia do systemów przetwarzania informacji molekularnych

Kontrola kształtu cząsteczek może pomóc w tworzeniu uporządkowanych systemów podobnych do tych występujących w naturze. Może to przynieść postępy w nauce o materiałach i biologii syntetycznej. To odkrycie jest istotnym krokiem w kierunku tworzenia sztucznych systemów molekularnych, które działają równie dobrze jak naturalne DNA.