En molekylær trykkoger mører hårde stykker protein og hjælper med at bide af

Proteiner består af aminosyrer forbundet med amidbindinger. Amidbindingen udviser høj kemisk stabilitet og har en plan struktur omkring bindingen. Selvom amidbindingens høje stabilitet er uundværlig for at opretholde proteinfunktioner, det er problematisk at omdanne byggesten til nogle andre molekylære arter ved selektiv dissociation af en relevant amidbinding.

Der har været forsøg på at kontrollere reaktiviteten af ​​en specifik amidbinding via selektiv vridning ved komplicerede kemiske modifikationer. Nogle modelforbindelser med snoede amidbindinger er blevet fremstillet ved organisk syntese i flere trin, og deres høje reaktivitet er blevet påvist. Det formodes, at den høje reaktivitet af disse snoede amidbindinger også anvendes in vivo. Nogle proteiner synes at blive spaltet selektivt ved at vride specifikke amidbindinger under autolyse og splejsning. Disse proteiner, i modsætning til kunstigt syntetiserede modelforbindelser, formodes at bruge ikke-kovalente interaktioner til at vride deres amidbindinger. I mange år, forskere ved University of Tokyo og Institute for Molecular Science har fremstillet molekylære bure, der er selvsamlede ved ikke-kovalente interaktioner. De anvendte deres molekylære bure til at begrænse amidmolekyler, som kan betragtes som analoger af små stykker proteiner, og pressede amidbindingerne ved at presse dem inde i deres bur.

Forskerne har i dette papir rapporteret, at amidbindinger, som har plane strukturer og er inaktive i det frie rum, kan vrides, og amidforbindelserne kan aktiveres ved at begrænse dem til deres molekylære bur (vist i figur). Når målamidforbindelser og molekylærburet blandes og opvarmes i en vandig opløsning, buret begrænser amidforbindelserne. Enkeltkrystal røntgenstrukturanalyse afslørede, at to amidforbindelser med snoede strukturer er begrænset i buret. Vridningsvinklen omkring amidbindingerne viste sig at nå 34 grader. Reaktionshastigheden for hydrolyse af det snoede mål blev accelereret med en faktor fem. Det lykkedes forskerne at skabe et nyt kunstigt enzym af en tidligere uudnyttet mekanisme, der begrænser og vrider målmolekylerne for at aktivere en bestemt kemisk binding.

Det lykkedes forskerne også at ændre målmolekylers reaktivitet ved at begrænse "fyldmolekyler, "som ikke er involveret i reaktionen, sammen med målene i buret, derved præcist kontrollere graden af ​​vridning af amidbindingerne. Uden fyldmolekylet, de to målamider er begrænset i et bur. Det ene af de to mål er snoet, og det andet forbliver plant. I modsætning, når konisk fyld blandes og derefter involveres sammen med målet i et bur, målet forbliver plant. Når et plant fyldmolekyle er involveret i målet, fyldet ændrer målets form til en snoet struktur. Forskerne undersøgte reaktionshastighederne ved hydrolyse i de to tilfælde og fandt ud af, at den plane fyldning (snoet mål) accelererer hastigheden med 14 gange, mens den koniske fyldning (plant mål) accelererede hastigheden med tre gange. Fyldmolekylerne gør det muligt for forskerne at justere reaktionshastigheden præcist. Dette er en hidtil uset præstation, der aldrig er fundet i tidligere undersøgelser. Denne forskning tilbyder en ny metode til aktivering af inerte molekyler og kan anvendes på en række organiske reaktioner.

Forskerne viste, at amidmolekylerne kan aktiveres ved at vride inde i buret uden besværlige kemiske modifikationsprocesser. "Vi leder efter en ny type bur, der kan aktivere målene med højere effektivitet og anvende dem på andre kategorier af målmolekyler. Med vores nye bure, vi vil udvikle den nye aktiveringsmetode for inerte molekyler. I fremtiden, vores bure vil blive brugt som katalysatorer, som selektivt klemmer og aktiverer en specifik binding af et målmolekyle og også som aktiveringsmidler for prodrugs, der arbejder i kroppen, "sagde Fujita.