• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Chimica
    La macchina molecolare sfrutta il movimento in un'unica direzione

    Fig. 1. Uno pseudo-rotassano (macchina molecolare artificiale) in cui il movimento traslazionale dell'α ciclodestrina (α-CD) coincide con la deuterazione. Quando α-CD si muove lungo la molecola dell'asse a due stazioni come mostrato dalla freccia grigia, catalizza la deuterazione della molecola dell'asse. Credito:Università di Osaka

    La vita è guidata da macchine molecolari. Trovato in ogni cellula, questi minuscoli motori convertono l'energia chimica in lavoro per mantenere il corpo in movimento. L'invenzione delle macchine molecolari sintetiche, che svolgono lavori simili per alimentare tecnologie miniaturizzate, è un argomento scottante nella nanoscienza.

    Ora, un team guidato dall'Università di Osaka ha inventato una macchina molecolare simile a un cricchetto – un potenziale componente di sofisticati dispositivi molecolari – che consente il movimento in una sola direzione. Ciò consente di osservare simultaneamente il movimento e la reattività chimica di una macchina molecolare, che è stata una sfida di lunga data.

    Un design classico per le macchine molecolari è un "manubrio" simmetrico - una grande molecola ciclica nel mezzo, intrappolato tra blocchi ingombranti a ciascuna estremità, collegato da un distanziatore. Ispirato da questo modello (noto come rotaxane), il team di Osaka ha creato uno pseudo-rotaxane, dove tutte e tre le parti - i due blocchi ("stazioni") e il ciclo centrale - sono piccoli anelli. Lo studio è stato riportato in Rapporti scientifici .

    Entrambe le stazioni della loro macchina molecolare sono fatte di piridinio, un ciclo di sei membri. I gruppi metilici (CH3) sono collegati a ciascuna stazione, come ganci spinati. Però, una stazione porta un singolo gruppo metilico, mentre l'altra estremità ne ha due.

    "Questa asimmetria imposta un asse lungo la lunghezza della molecola, favorendo il movimento verso l'estremità a doppio uncino, che fa da tappo, ", afferma il primo autore dello studio Akihito Hashidzume.

    Fig.2. Un modello cinetico semplificato per la formazione di pseudo-rotassano da α-CD e dalla molecola dell'asse a due stazioni. Credito:Università di Osaka

    Il concetto è stato dimostrato utilizzando α-ciclodestrina (α-CD), un macrociclo composto da sei anelli di glucosio. L'anello α-CD è abbastanza largo da adattarsi all'estremità con un uncino e scorrere lungo il cricchetto verso il fermo. Sulla strada, interagisce con le stazioni e l'anello centrale. Infatti, α-CD catalizza una reazione chimica in cui la molecola a cricchetto scambia atomi di idrogeno con il solvente acquoso.

    Esperimenti di etichettatura hanno confermato che questo scambio si è verificato solo a un'estremità del cricchetto. Quando la reazione è stata condotta in acqua pesante (D2O), atomi di deuterio (D) sono stati trovati sui gruppi metilici della stazione uncinata e dell'anello centrale, nonché sul metilene della seconda stazione, ma non il tappo a due uncini. Sembra che l'α-CD sia passato sopra l'anello centrale ma sia stato bloccato dal raggiungere i gruppi metilici del tappo.

    Fig.3. Un'illustrazione concettuale di un cricchetto molecolare artificiale. Il meccanismo di regolazione della direzione del movimento nelle macchine molecolari, basato sull'accoppiamento del movimento con una reazione chimica guidata dall'entalpia. Credito:Università di Osaka

    "Qui abbiamo una reazione chimica accoppiata con un movimento polarizzato in una direzione, " Dice l'autore corrispondente Akira Harada. "La chiamiamo "traduzione selettiva del volto", ' poiché α-CD preferisce spostarsi da una faccia all'altra dello pseudo-rotaxano. Prendiamo spunto dalla natura:aumentando il movimento in una direzione, speriamo di sfruttare l'energia chimica in modo simile ai motori biomolecolari, come quelli nei muscoli."


    © Scienza https://it.scienceaq.com