Representaciones (misma escala) de las estructuras cristalinas de rayos X. a, Cubo 1b. B, PF6 - aducto de tetraedro 3. c, AsF6 - aducto de tetraedro modificado 4a. Colores del átomo:gris, C; blanco, H; rojo, O; azul, NORTE; naranja, Fe; verde claro, F. El trastorno y los aniones no encapsulados se omiten para mayor claridad. Los átomos de hierro están conectados con líneas naranjas para ilustrar la geometría general de cada complejo. Crédito:(c) Química de la naturaleza (2017). DOI:10.1038 / nchem.2839
(Phys.org) —Dentro de la célula, los mensajes químicos pasan a través de una cascada de señales. Esta cascada puede ser una serie de reacciones químicas o cambios moleculares que rechazan la siguiente reacción en una especie de proceso de línea de montaje. Así es como la célula responde a su entorno y cómo se produce la comunicación (bioquímicamente) a grandes distancias.
Inspirado en cascadas de señalización natural, Los químicos han desarrollado cascadas sintéticas que modifican las estructuras supramoleculares autoensambladas después del ensamblaje. Investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado una cascada sintética que es desencadenada por norbornadieno (NBD) y retransmitida por un ciclopentadieno (CPD) intermedio que resulta en el cambio desencadenado de dos estructuras supramoleculares. Su trabajo aparece en Química de la naturaleza .
Después de un autoensamblaje en una olla de dos estructuras supramoleculares, el grupo de Nitschke desarrolló una técnica de modificación posterior al ensamblaje (PAM) a través de una cascada de señales covalentes. Las reacciones de PAM están limitadas por la necesidad de ser lo suficientemente leves como para no dañar la estructura supramolecular. También deben ser quimioselectivos y producir productos con rendimientos casi cuantitativos para eliminar la necesidad de una purificación y aislamiento extensivos. Las reacciones de Diels-Alder son buenos candidatos para este tipo de reacciones.
Pilgram, et al. desarrolló un sistema que se sometió a una reacción de Diels-Alder (IEDDA) de demanda inversa de electrones con la molécula desencadenante inicial, NBD, y un Fe con bordes de tetrazina II 8 L 12 cubo, y posterior reacción de Diels-Alder con la molécula de relevo, CPD, y un complejo tetraédrico. Sus estudios verificaron que las reacciones requerían la molécula desencadenante y la molécula de relevo para funcionar.
Específicamente, el esquema sintético implicaba primero hacer el cubo con bordes de terazina en una síntesis de un solo recipiente. Luego se sometió a la reacción IEDDA entre las tetrazinas y la molécula desencadenante NBD. Después de realizar las pruebas de reacción del modelo, utilizaron 2-octadecilnorbornadieno dando un cubo con bordes de piridizina y un intermedio de 1-octadecilciclopentadieno. Este intermedio sirvió como una molécula de relevo que se unió a las maleimidas en el complejo tetraédrico mediante una reacción de Diels-Alder.
En una prueba, la reacción final implicó la formación de intermedios de CPD con cadenas de alquilo suficientemente largas para que el producto tetraédrico se transfiera de una fase polar orgánica a una fase no polar. Notablemente, sin la molécula desencadenante inicial, el producto final no se forma y no pasa a la fase no polar, demostrando así una cascada de señales sintéticas en la que una molécula cambia de lipofilicidad como resultado de un desencadenante ambiental.
Adicionalmente, Debido a que las vías de transducción de señales de la célula a menudo están reguladas tanto por especies desencadenantes como por inhibidores, el grupo de Nitschke investigó posibles moléculas inhibidoras de su cascada sintética. Descubrieron que la ciclooctina sirvió como un buen inhibidor al reaccionar competitivamente con las moléculas de terazina sobre el desencadenante NBD.
Finalmente, Otro hallazgo clave de su cascada sintética es que cuando la estructura tetraédrica se compleja con un huésped aniónico (PF 6 - ), el huésped permanece intacto incluso después de la modificación de la estructura posterior al montaje. Esto permite que la molécula huésped sea transportada de la fase polar a la no polar, lo que tiene implicaciones para aplicaciones medicinales y de otro tipo donde la administración de moléculas se ve obstaculizada por la polaridad u otras características ambientales.
Dr. Nitschke dijo PhysOrg que la investigación futura incluye el diseño de cascadas de reacciones que sean capaces de retroceder en condiciones de desequilibrio.
Según Nitschke, "Las cascadas de reacciones fuera de equilibrio que se articulan juntas de manera que una secuencia de reacciones regula al alza o regula a la baja a otra son bloques de construcción fundamentales de la vida. Comprender cómo podrían funcionar podría ayudarnos a comprender la química prebiótica, además de ayudarnos a diseñar complejas líneas de ensamblaje sintéticas en las que se pasan sustratos entre cápsulas que los modifican químicamente ".
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