Figura 1. Un pseudo-rotaxano (máquina molecular artificial) en el que el movimiento de traslación de la α-ciclodextrina (α-CD) coincide con la deuteración. A medida que α-CD se mueve a lo largo de la molécula del eje de dos estaciones, como lo muestra la flecha gris, cataliza la deuteración de la molécula eje. Crédito:Universidad de Osaka
La vida está impulsada por máquinas moleculares. Encontrado en cada celda estos pequeños motores convierten la energía química en trabajo para mantener el cuerpo en movimiento. La invención de las máquinas moleculares sintéticas, que realizan trabajos similares a las tecnologías miniaturizadas de energía, es un tema candente en nanociencia.
Ahora, un equipo dirigido por la Universidad de Osaka ha inventado una máquina molecular similar a un trinquete, un componente potencial de dispositivos moleculares sofisticados, que permite el movimiento en una sola dirección. Esto permite observar simultáneamente el movimiento y la reactividad química de una máquina molecular, que ha sido un desafío de larga data.
Un diseño clásico para las máquinas moleculares es una "mancuerna" simétrica:una gran molécula cíclica en el medio, atrapado entre bloqueadores voluminosos en cada extremo, enlazados por un espaciador. Inspirado por este patrón (conocido como rotaxano), el equipo de Osaka creó un pseudo-rotaxano, donde las tres partes - los dos bloqueadores ("estaciones") y el ciclo central - son pequeños anillos. El estudio se informó en Informes científicos .
Ambas estaciones de su máquina molecular están hechas de piridinio, un ciclo de seis miembros. Los grupos de metilo (CH3) están unidos a cada estación, como ganchos de púas. Sin embargo, una estación lleva un solo grupo metilo, mientras que el otro extremo tiene dos.
"Esta asimetría establece un eje a lo largo de la longitud de la molécula, favoreciendo el movimiento hacia el extremo de doble gancho, que actúa como un tapón, ", dice el primer autor del estudio, Akihito Hashidzume.
Figura 2. Un modelo cinético simplificado para la formación de pseudo-rotaxano a partir de α-CD y la molécula de eje de dos estaciones. Crédito:Universidad de Osaka
El concepto se demostró mediante el uso de α-ciclodextrina (α-CD), un macrociclo formado por seis anillos de glucosa. El anillo α-CD es lo suficientemente ancho como para caber sobre el extremo de un gancho y deslizarse a lo largo del trinquete hacia el tope. En camino, interactúa con las estaciones y el anillo central. De hecho, La α-CD cataliza una reacción química en la que la molécula similar a un trinquete intercambia átomos de hidrógeno con el disolvente de agua.
Los experimentos de etiquetado confirmaron que este intercambio se produjo solo en un extremo del trinquete. Cuando la reacción se llevó a cabo en agua pesada (D2O), Se encontraron átomos de deuterio (D) en los grupos metilo de la estación de un gancho y el anillo central, así como en el metileno de la segunda estación. pero no el tapón de dos ganchos. Parece que el α-CD pasó sobre el anillo central pero se bloqueó para que no alcanzara los grupos metilo del tapón.
Fig. 3. Una ilustración conceptual de un trinquete molecular artificial. El mecanismo de regulación de la dirección del movimiento en máquinas moleculares, basado en el acoplamiento del movimiento con una reacción química impulsada entálpicamente. Crédito:Universidad de Osaka
"Aquí tenemos una reacción química junto con un movimiento sesgado en una dirección, ", dice el autor correspondiente Akira Harada." Lo llamamos 'traducción selectiva de rostros, 'ya que α-CD prefiere moverse de una cara a la otra del pseudo-rotaxano. Tomamos nuestro ejemplo de la naturaleza:al mover el trinquete en una dirección, esperamos aprovechar la energía química de manera similar a los motores biomoleculares, como los de los músculos ".
