Rappresentazioni (stessa scala) delle strutture cristalline a raggi X. un, Cubo 1b. B, PF6 − addotto del tetraedro 3. c, AsF6 − addotto del tetraedro modificato 4a. Colori dell'atomo:grigio, C; bianco, H; rosso, O; blu, N; arancia, Fe; verde chiaro, F. Il disturbo e gli anioni non incapsulati sono omessi per chiarezza. Gli atomi di ferro sono collegati con linee arancioni per illustrare la geometria complessiva di ciascun complesso. Credito:(c) Chimica della natura (2017). DOI:10.1038/nchem.2839
(Phys.org)—All'interno della cellula i messaggi chimici passano attraverso una cascata di segnali. Questa cascata può essere una serie di reazioni chimiche o cambiamenti molecolari che respingono la reazione successiva in una sorta di processo di catena di montaggio. Questo è il modo in cui la cellula risponde al suo ambiente e come avviene la comunicazione su lunghe distanze (biochimicamente).
Ispirato dalle cascate di segnalazione naturali, i chimici hanno sviluppato cascate sintetiche che modificano una struttura supramolecolare autoassemblata dopo l'assemblaggio. I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno sviluppato una cascata sintetica innescata dal norbornadiene (NBD) e trasmessa da un intermedio ciclopentadiene (CPD) che determina il cambiamento innescato di due strutture supramolecolari. Il loro lavoro appare in Chimica della natura .
Dopo un autoassemblaggio one-pot di due strutture supramolecolari, il gruppo Nitschke ha sviluppato una tecnica di modifica post-assemblaggio (PAM) tramite una cascata di segnali covalenti. Le reazioni PAM sono limitate dalla necessità di essere sufficientemente miti da non danneggiare la struttura supramolecolare. Devono anche essere chemioselettivi e produrre prodotti con rese quasi quantitative per eliminare la necessità di un'estesa purificazione e isolamento. Le reazioni di Diels-Alder sono buoni candidati per questo tipo di reazioni.
pellegrino, et al. sviluppato un sistema che ha subito la reazione di Diels-Alder (IEDDA) a domanda di elettroni inversi con la molecola di attivazione iniziale, NBD, e un Fe . con bordo tetrazina II 8 l 12 cubo, e successiva reazione di Diels-Alder con la molecola relè, CPD, e un complesso tetraedrico. I loro studi hanno verificato che le reazioni richiedevano la molecola scatenante e la molecola relè per funzionare.
Nello specifico, lo schema sintetico prevedeva prima di realizzare il cubo con bordi di terazina in una sintesi a vaso unico. Ha poi subito la reazione IEDDA tra le tetrazine e la molecola trigger NBD. Dopo aver condotto i test di reazione del modello, hanno usato 2-ottadecilnorbornadiene dando un cubo con bordi piridizinici e un intermedio 1-ottadecilciclopentadiene. Questo intermedio fungeva da molecola relè che si legava alle maleimmidi sul complesso tetraedrico tramite una reazione di Diels-Alder.
In una prova, la reazione finale ha comportato la formazione di un intermedio CPD con catene alchiliche sufficientemente lunghe che il prodotto tetraedrico trasferisce da una fase polare organica a una fase non polare. In particolare, senza la molecola di attivazione iniziale, il prodotto finale non si forma e non passa alla fase apolare, dimostrando così una cascata di segnali sintetici in cui una molecola modifica la lipofilia come risultato di un trigger ambientale.
Inoltre, poiché le vie di trasduzione del segnale della cellula sono spesso regolate sia da specie scatenanti che da inibitori, il gruppo di Nitschke ha studiato potenziali molecole inibitrici della loro cascata sintetica. Hanno scoperto che il cicloottino fungeva da buon inibitore reagendo in modo competitivo con le molecole di terazina sul trigger NBD.
Finalmente, un'altra scoperta chiave della loro cascata sintetica è che quando la struttura tetraedrica è complessata con un ospite anionico (PF 6 - ), l'ospite rimane intatto anche dopo la modifica post-montaggio della struttura. Ciò consente alla molecola ospite di essere trasportata dalla fase polare a quella non polare, che ha implicazioni per applicazioni medicinali e di altro tipo in cui la consegna della molecola è ostacolata dalla polarità o da altre caratteristiche ambientali.
Il dottor Nitschke ha detto PhysOrg che la ricerca futura include la progettazione di cascate di reazioni che sono in grado di essere respinte all'indietro in condizioni fuori equilibrio.
Secondo Nitschke, "Cascate di reazioni fuori equilibrio che sono organizzate insieme in modo tale che una sequenza di reazioni o up-regola o down-regola un'altra sono elementi fondamentali della vita. Capire come potrebbero funzionare potrebbe aiutarci a capire la chimica prebiotica, oltre ad aiutarci a progettare complesse linee di assemblaggio sintetiche in cui i substrati vengono fatti passare tra le capsule che le modificano chimicamente".
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