מחקה את הטבע: מתגים מולקולריים חדשים משנים כימיה סינתטית

מולקולות המושרה על ידי אור לסובב קבוצות מגושמות סביב קשרים מרכזיים כאשר הן נחשפות לאור עלולות להוביל ליצירת מערכות ביו-אקטיביות המופעלות על ידי אור, מתגים מולקולריים, בין יתר יישומים.

חוקרים מאוניברסיטת הוקאידו, בראשות פרופסור עוזר אקירה קצויאמה ופרופסור סאטושי איצ'יקאווה בפקולטה למדעי התרופות, הרחיבו את ערכת הכלים של כימיה סינתטית על ידי יצירת קטגוריה חדשה של מולקולות שניתן לגרום להן לעבור סיבוב פנימי על אינטראקציה עם אור.

מאמינים שתהליכים דומים חשובים בכמה מערכות ביולוגיות טבעיות. גרסאות סינתטיות עשויות להיות מנוצלות לביצוע פונקציות מיתוג פוטוכימי בטכנולוגיות מחשוב וחישה מולקולריות, או במולקולות ביו-אקטיביות כולל תרופות. הם מדווחים על הממצאים שלהם ב כימיה של הטבע.

התקדמות בפוטוכימיה

"השגת מערכת כמו שלנו הייתה אתגר משמעותי בפוטוכימיה", אומר קצויאמה. "העבודה תורמת תרומה חשובה לתחום מתפתח במניפולציה מולקולרית."

תובנות לגבי האפשרויות של אור לשנות באופן משמעותי קונפורמציות מולקולריות הגיעו מבדיקת כמה חלבונים טבעיים. אלה כוללים את מולקולות הרודופסין ברשתית העין, אשר ממלאות תפקיד מכריע בהמרת האור לאותות החשמליים היוצרים את תחושת הראייה שלנו במוח. מתגלים פרטים כיצד קליטת אנרגיית האור יכולה לגרום לסידור מחדש של חלק ממולקולת הרודופסין, הנדרש על מנת לבצע את תפקידה הביולוגי.

"חיקוי זה במערכות סינתטיות עשוי ליצור מתגים ברמה מולקולרית עם מגוון יישומים פוטנציאליים", מסביר קצויאמה.

חידושים ברוטציה מולקולרית

חידוש מרכזי של צוות הוקאידו היה להשיג (כְּלוֹמַר, מונע אור) סיבוב של קבוצות מולקולריות סביב סדרה של קשרים כימיים המשלבים חנקן אָטוֹם יחד עם אטומי פחמן קשורים אחרים.

התכונות הסיבוביות התאפשרו על ידי הוספת רכיבים מולקולריים שהכילו אטום מקבוצת היסודות ה'כלקוגן' בטבלה המחזורית, במיוחד גופרית או סלניום, למולקולה אורגנית פשוטה: תרכובת אמיד. זה הביא לרמה חדשה של שליטה ורבגוניות למערכות סיבוביות סינתטיות הנגרמות על ידי צילום.

חלק מהקבוצות הכימיות שמסתובבות סביב הקשרים המרכזיים היו גדולות יחסית, המבוססות על טבעות של שישה אטומי פחמן קשורים. זה הקל על השינויים המולקולריים בקנה מידה גדול שעשויים להידרש לשימוש מעשי במערכות מיתוג מולקולריות.

בנוסף להדגמת השינויים שנגרמו כתוצאה מהצילום, הצוות ביצע גם חישובים תיאורטיים שנתנו תובנות לגבי המנגנונים הסבירים שבאמצעותם התמשכו הסידורים מחדש. הצוות גם חקר את השפעות הטמפרטורה על התמורות. השילוב של עבודה תיאורטית וניסויית אמור לעזור להנחות מחקר עתידי לקראת חקירה ובקרה של שינויים במערכות שכבר הושגו.

"עדיפות המחקר הבאה שלנו מתמקדת בפוטנציאל של השיטות שלנו לייצור מולקולות ביו-אקטיביות חדשות המופעלות על ידי אור. אלה יכולים להיות מיושמים במחקר ביולוגי או אולי לפתח כתרופות", מסכם איצ'יקאווה.

שימוש באור להפעלת השינויים הקונפורמטיביים מאפשר שליטה על היכן ומתי השינויים מתרחשים. זה יכול להיות חיוני עבור יישומים ממוקדים בדיוק במערכות ביולוגיות, כולל אפשרויות טיפוליות בסופו של דבר.

המחקר מומן על ידי האגודה היפנית לקידום המדע, הסוכנות היפנית למחקר ופיתוח רפואי, הסוכנות היפנית למדע וטכנולוגיה וקרן אקיאמה למדעי החיים.