Kovalent post-montage modifikationskaskade af selvsamlede supramolekylære strukturer

(Phys.org)—Inde i cellen sendes kemiske beskeder gennem en signaleringskaskade. Denne kaskade kan være en række kemiske reaktioner eller molekylære ændringer, der afviser den næste reaktion i en slags samlebåndsproces. Sådan reagerer cellen på sine omgivelser, og hvordan kommunikationen sker over (biokemisk) lange afstande.

Inspireret af naturlige signalkaskader, kemikere har udviklet syntetiske kaskader, der modificerer en selvsamlet supramolekylær struktur efter montering. Forskere fra University of Cambridge har udviklet en syntetisk kaskade, der udløses af norbornadien (NBD) og videregives af et cyclopentadien (CPD) mellemprodukt, hvilket resulterer i den udløste ændring af to supramolekylære strukturer. Deres arbejde vises i Naturkemi .

Efter en en-beholders selvsamling af to supramolekylære strukturer, Nitschke-gruppen udviklede en post-assembly modification (PAM) teknik via en kovalent signalkaskade. PAM-reaktioner er begrænset af behovet for at være tilstrækkelig milde til, at de ikke beskadiger den supramolekylære struktur. De skal også være kemoselektive og producere produkter i næsten kvantitative udbytter for at eliminere behovet for omfattende oprensning og isolering. Diels-Alder reaktioner er gode kandidater til disse typer reaktioner.

Pilgram, et al. udviklet et system, der gennemgik omvendt elektronbehov Diels-Alder (IEDDA) reaktion med det indledende udløsende molekyle, NBD, og en tetrazinkantet Fe ^II ₈ L ₁₂ terning, og efterfølgende Diels-Alder reaktion med relæmolekylet, CPD, og et tetraedrisk kompleks. Deres undersøgelser bekræftede, at reaktionerne krævede det udløsende molekyle og relæmolekylet for at fungere.

Specifikt, det syntetiske skema involverede først at lave terazinkantet terning i en én-pot syntese. Det gennemgik derefter IEDDA-reaktionen mellem tetrazinerne og NBD-udløsermolekylet. Efter at have udført modelreaktionstest, de brugte 2-octadecylnorbornadien, hvilket gav en pyridizinkantet terning og et 1-octadecylcyclopentadien-mellemprodukt. Dette mellemprodukt tjente som et relæmolekyle, der bandt til maleimiderne på det tetraedriske kompleks via en Diels-Alder-reaktion.

I en test, den endelige reaktion involverede dannelse af et CPD-mellemprodukt med tilstrækkeligt lange alkylkæder til, at det tetraedriske produkt overfører fra en organisk polær fase til en ikke-polær fase. Især uden det første udløsende molekyle, slutproduktet dannes ikke og bevæger sig ikke ind i den ikke-polære fase, demonstrerer således en syntetisk signalkaskade, hvor et molekyle ændrer lipofilicitet som følge af en miljømæssig trigger.

Derudover fordi cellens signaltransduktionsveje ofte reguleres af både udløsende arter såvel som inhibitorer, Nitschke-gruppen undersøgte potentielle inhibitormolekyler til deres syntetiske kaskade. De fandt ud af, at cyclooctyne tjente som en god inhibitor ved konkurrerende at reagere med terazinmolekylerne over NBD-udløseren.

Endelig, et andet nøglefund af deres syntetiske kaskade er, at når den tetraedriske struktur er kompleksdannet med en anionisk gæst (PF ₆ ^- ), gæsten forbliver intakt selv efter ændring af strukturen efter montering. Dette gør det muligt for gæstemolekylet at blive transporteret fra den polære til ikke-polære fase, som har implikationer for medicinske og andre anvendelser, hvor molekylelevering hindres af polaritet eller andre miljømæssige egenskaber.

Dr. Nitschke fortalte PhysOrg at fremtidig forskning omfatter at designe kaskader af reaktioner, der er i stand til at blive skubbet bagud under ude af ligevægtsforhold.

Ifølge Nitschke, "Kaskader af ude af ligevægtsreaktioner, der er gearet sammen, således at en sekvens af reaktioner enten opregulerer eller nedregulerer en anden er fundamentale byggesten i livet. At forstå, hvordan de kan fungere, kan hjælpe os med at forstå præbiotisk kemi, samt hjælpe os med at designe komplekse syntetiske samlebånd, hvor substrater føres langs mellem kapsler, der kemisk modificerer dem."

© 2017 Phys.org