Lys stimulerer et nyt twist for syntetisk kemi
Molekyler, der induceres af lys til at rotere voluminøse grupper omkring centrale bindinger, kunne udvikles til fotoaktiverede bioaktive systemer, molekylære switches og mere.
Forskere ved Hokkaido University, ledet af adjunkt Akira Katsuyama og professor Satoshi Ichikawa ved Fakultetet for Farmaceutiske Videnskaber, har udvidet værktøjssættet til syntetisk kemi ved at lave en ny kategori af molekyler, der kan induceres til at gennemgå en intern rotation ved interaktion med lys. Lignende processer menes at være vigtige i nogle naturlige biologiske systemer.
Syntetiske versioner kan udnyttes til at udføre fotokemiske omskiftningsfunktioner i molekylære databehandlings- og sanseteknologier eller i bioaktive molekyler, herunder lægemidler. Deres rapport afventer i Nature Chemistry .
"At opnå et system som vores har været en betydelig udfordring inden for fotokemi," siger Katsuyama. "Værket yder et vigtigt bidrag til et spirende felt inden for molekylær manipulation."
Indsigt i mulighederne for lys til væsentligt at ændre molekylære konformationer er kommet fra undersøgelse af nogle naturlige proteiner. Disse omfatter rhodopsin-molekylerne i øjets nethinde, som spiller en afgørende rolle i at omdanne lys til de elektriske signaler, der skaber vores synssans i hjernen. Der er ved at dukke op detaljer om, hvordan absorptionen af lysenergi kan inducere en snoet omarrangering af en del af rhodopsin-molekylet, der kræves for at det kan udføre sin biologiske funktion.
"At efterligne dette i syntetiske systemer kan muligvis skabe switches på molekylært niveau med en række potentielle anvendelser," forklarer Katsuyama.
En vigtig innovation fra Hokkaido-teamet var at opnå fotoinduceret (dvs. lysdrevet) rotation af molekylære grupper omkring en række kemiske bindinger, der inkorporerer et nitrogenatom sammen med andre bundne carbonatomer.
Rotationsegenskaberne blev aktiveret ved at tilføje molekylære komponenter, der indeholdt et atom fra 'chalcogen'-gruppen af grundstoffer i det periodiske system, specifikt svovl eller selen, til et simpelt organisk molekyle:en amidforbindelse. Dette bragte et nyt niveau af kontrol og alsidighed til syntetiske foto-inducerede rotationssystemer.
Nogle af de kemiske grupper, der roterer omkring de centrale bindinger, var relativt store, baseret på ringe med seks bundne carbonatomer. Dette lettede de store molekylære ændringer, der kunne være nødvendige for praktisk brug i molekylære omskiftningssystemer.
Ud over at demonstrere de foto-inducerede ændringer, udførte holdet også teoretiske beregninger, der gav indsigt i de sandsynlige mekanismer, hvormed omarrangeringerne fortsatte. Holdet undersøgte også effekten af temperatur på transformationerne. Kombinationen af teoretisk og eksperimentelt arbejde skulle hjælpe med at guide fremtidig forskning i retning af at udforske og kontrollere ændringer af de allerede opnåede systemer.
"Vores næste forskningsprioritet er fokuseret på potentialet i vores metoder til at lave nye bioaktive molekyler aktiveret af lys. Disse kan anvendes i biologisk forskning eller muligvis udvikles som lægemidler," konkluderer Ichikawa.
Brug af lys til at aktivere de konformationelle ændringer giver mulighed for kontrol over hvor og hvornår ændringerne sker. Dette kan være afgørende for præcist målrettede anvendelser i biologiske systemer, herunder eventuelle terapeutiske muligheder.
En version af undersøgelsen er tilgængelig i tidsskriftet ChemRxiv pre-print server.
Flere oplysninger: Shotaro Nagami et al., Photoinduced Concerted Dual Single-bond Rotation of a Nitrogen-holding System Realized by Chalcogen Substitution, ChemRxiv (2022). DOI:10.26434/chemrxiv-2022-4hq5r
Shotaro Nagami et al., Fotoinduceret dobbeltbindingsrotation af et nitrogenholdigt system realiseret ved kalkogensubstitution, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01461-9 , www.nature.com/articles/s41557-024-01461-9
Journaloplysninger: Naturkemi
Leveret af Hokkaido University
Varme artikler
-
En smart kemoenzymatisk metode detekterer og fjerner farlige phenolerKredit:CC0 Public Domain Mange industri- og landbrugsprocesser bruger kemikalier, der kan være skadelige for arbejdere og de økosystemer, hvor de ophobes. Forskere fra Thailand har nu udviklet en -
En metaholografisk platform, der registrerer lyseksponeringUdviklingen af et bredbåndspolarisationsufølsomt hologram og dets anvendelse som en sensorplatform, der kan detektere lyseksponering. Kredit:POSTECH Under COVID-19-pandemien sidste år skete der e -
Forskere opdager en måde at kigge inde i proteiner for at se, hvordan de er forbundetEn high-throughput-metode afslører, hvor over 100 små molekyler binder til proteinet PTP1B. Nogle få af disse bindingsområder kan sende signaler til det aktive sted (rødt) for at kontrollere PTP1Bs ak -
Forskere udvikler kunstige kemiske receptorer til at hjælpe viral transduktion til T-celleteknikAnvendelse af kunstig kemisk receptor i CAR-konstrueret T-cellefremstilling og immunterapi af tumor. Kredit:CAI Lintao Konstrueret T-celle immunterapi, såsom kimærisk antigenreceptor T-celle (CAR-
- Hvorfor mRNA-planer, der er sværere at dechifrere, har kortere levetid
- Tre mulige fremtider for global klimaskepsis
- Måling af en dynamisk topologisk ordensparameter i kvanteture
- Indfødt kurvvævning er en fremragende digital matematiklektion
- Comet U1 NEOWISE—en mulig kikkertkomet?
- Liste over fugle i Florida