Нобелівський лауреат показав молекулярний ротор- «розпутувач»
Хіміки з Нідерландів під керівництвом нобелівського лауреата Бена Ферінги розробили молекулярну машину, здатну розплутувати подвійні спіралі і перекручувати їх в іншому напрямку. «Пристрій» імітує активність ферментів, здатних розплутувати ДНК при реплікації, транскрипції та інших процесах - хелікази і топоізомерази. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє.
Нобелівська премія з хімії 2016 року була вручена Бену Ферінгу, Фрейзеру Стоддарту і Жан-П'єру Соважу «за проектування і синтез молекулярних машин». Йдеться про складні молекулярні комплекси, здатні виконувати певні дії (наприклад, обертатися) під дією зовнішніх стимулів. Серед них системи у вигляді зчеплених один з одним кілець (катенани), а також кілець, надягнутих на стрижні (ротаксани), здатних переміщатися під дією світла, електрики або хімічних впливів.
Роботи Бена Ферінги пов'язані з синтезом молекул, здатних під дією світла обертати свої фрагменти один відносно одного в строго заданому напрямку. Закріплюючи величезне число таких «моторів» на макроскопічних частинках, хімік приводив останніх в рух, навіть незважаючи на те, що вони були в тисячі разів більше моторів. Докладніше про молекулярні машини можна прочитати в нашому матеріалі.
Нове дослідження Ферінги присвячене молекулярній машині, здатній змінювати напрямок закручування спіральних комплексів під дією світла. Ці структури нагадують собою подвійну спіраль молекули ДНК і складаються з пари (або більше) молекул-ниток, закручених по спіралі близько одного або декількох іонів металів. Прикладом такого комплексу може послужити вузол-пентаграма, про який ми писали раніше.
Машина була влаштована і працювала наступним чином. «Ротор» складався з двох «лопатей» (біціклічних систем), з'єднаних між собою подвійним зв'язком. Під дією ультрафіолетового випромінювання він міг здійснювати майже повний оборот у певному напрямку. Повернутися у вихідний стан йому заважали бічні заступники - «стопори». Однак під дією додаткового нагріву молекула могла завершити оборот, змусивши «стопори» прослизнути один відносно одного.
До кожної «лопаті» були приєднані молекули- «нитки», які мали обмежену гнучкість. У вихідному стані обидві «нитки» були поруч (лопаті були сонаправлені) і формували з атомами міді в розчині спіральні комплекси, закручені вліво. Під дією світла «ротор» здійснював півоберта і розплутував спіраль. Після цього «нитки» виявлялися спрямовані в протилежні сторони.
У такому стані на утворення спіральних комплексів було потрібно дві машини: по одній «нитці» від кожної. В результаті утворювалися полімерні структури, закручені вправо. На наступному етапі, поглинувши черговий квант світла, «ротор» робив додатковий оборот. «Нитки» знову виявлялися спрямовані в один бік, і формували закручені вправо комплекси. Під дією тепла «ротор» знову розплітав спіраль і скручував її вже вліво, повертаючись у вихідний стан. Всі ці перетворення хіміки фіксували за допомогою методів ядерного магнітного резонансу.
На думку Бена Ферінги, молекулярна машина може стати основою для нового типу каталізаторів з активністю, що перемикається.
Раніше ми повідомляли про інші приклади молекулярних машин: молекулы- «насосы», способные переносить кольцевые структуры против градиента концентрации, молекулы- «хулахупы», способные ориентировать другие молекулы и самокопироваться и молекулы- «пропеллеры», способные крутить обруч.