Новости химической науки > У молекулярных моторов появляется «задняя передача»

Исследователи из Голландии смогли решить одну из важных задач в создании молекулярных моторов – с помощью относительно простых химических процессов они смогли научить молекулярные моторы изменять направление своего движения.

Исследователи из группы Бена Феринги (Ben Feringa) из Университета Гронингена уже длительное время работают над разработкой молекулярных моторов, за это время были получены органические молекулы, которые вращаются при облучении солнечным светом, однако до настоящего времени такие молекулярные моторы могли поступательно двигаться только в одном направлении.

Облучение и нагревание вызывают вращение молекулярного мотора, а реакция менее устойчивого изомера с основанием заставляет молекулярный мотор менять направление вращения. (Рисунок из Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/nchem.872)

В новой работе для остановки молекулярного мотора и изменения направления его движения Феринга использовал простую реакцию эпимеризации в сочетанием с введением в систему основания.

Вызванное светом вращение молекулярного мотора основано на индуцированных светом изменениях конформации мотора и приобретения им менее стабильной ориентации, после чего термическое воздействие возвращает систему в исходное конформационное состояние. Регулярно повторяемое облучение молекулярной системы и ее нагрев приводит к переходу ротора из стабильной конформации в менее стабильную и обратно, что, в конечном итоге, приводит к вращению молекулярного ротора вокруг оси.

Научить молекулярный мотор двигаться задним ходом удалось за счет реакции одного из менее стабильных изомеров, образующих основу молекулярного мотора, с основанием. Взаимодействие с основанием приводит к обращению стереохимической конфигурации хирального центра, и, при очередном облучении светом, молекулярный мотор начинает двигаться в обратном направлении.

В отличие от молекулярных моторов биологического происхождения, как, например, жгутики бактерии или ферментные системы, которые меняют направление движения в зависимости от того, какую работу они выполняют, «рукотворные» молекулярные моторы до настоящего времени всегда характеризовались одним направлением движения. Феринга отмечает, что идею решения проблемы с движением молекулярного мотора в обратном направлении ему подсказала природа, отмечая при этом, что разработка «задней передачи» для молекулярных моторов представляет собой непростую задачу.

Дэвид Лей (David Leigh), специалист по созданию молекулярных устройств из Университета Эдинбурга высоко оценивает работу голландских коллег, подчёркивая, что их решение проблемы с движением молекулярных моторов представляет собой хорошее сочетание изящной теории и элегантного экспериментального подхода. Он добавляет, что хотя при разработке молекулярных моторов придется столкнуться еще со многими трудностями, их решение стоит того – в живых системах молекулярные моторы применяются не без причины.

Лей уверен, что рано или поздно исследователям удастся добиться полного контроля над направлением движения молекулярных моторов, и это изменит многие подходы к разработке новых материалов и функциональных молекул. Феринга соглашается, добавляя, что лично он надеется на то, что «приручение» молекулярных моторов может дать толчок для создания более сложных молекулярных систем, которые, например, смогут контролировать спиральную закрутку белковых молекул, облегчающую их инкорпорирование в мембраны клетки.

Феринга также уверен, что его новая работа сможет стать поворотной точкой не только потому, что ему удалось изменить направление движения молекулярных моторов, но и потому что разработанные в его исследовательской группе принципы позволят перейти от дизайна молекулярных моторов на основе равновесных систем к неравновесным динамическим системам.

Источник: Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/nchem.872

метки статьи: #молекулярные устройства, #нанотехнологии, #органическая химия, #органический синтез, #физическая химия