Las moléculas inducidas por la luz para hacer girar grupos voluminosos alrededor de enlaces centrales podrían convertirse en sistemas bioactivos fotoactivados, interruptores moleculares y más.
Investigadores de la Universidad de Hokkaido, dirigidos por el profesor asistente Akira Katsuyama y el profesor Satoshi Ichikawa de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas, han ampliado el conjunto de herramientas de la química sintética creando una nueva categoría de moléculas a las que se puede inducir que experimenten una rotación interna al interactuar con la luz. Se cree que procesos similares son importantes en algunos sistemas biológicos naturales.
Las versiones sintéticas podrían aprovecharse para realizar funciones de conmutación fotoquímica en tecnologías de detección y computación molecular o en moléculas bioactivas, incluidos los fármacos. Su informe está pendiente en Nature Chemistry .
"Conseguir un sistema como el nuestro ha sido un desafío importante en fotoquímica", afirma Katsuyama. "El trabajo supone una contribución importante a un campo emergente en la manipulación molecular."
Se han obtenido conocimientos sobre las posibilidades de que la luz altere significativamente las conformaciones moleculares al examinar algunas proteínas naturales. Estas incluyen las moléculas de rodopsina en la retina del ojo, que desempeñan un papel crucial en la conversión de la luz en señales eléctricas que crean nuestro sentido de la visión en el cerebro. Están surgiendo detalles sobre cómo la absorción de energía luminosa puede inducir un reordenamiento giratorio de parte de la molécula de rodopsina necesaria para que realice su función biológica.
"Imitar esto en sistemas sintéticos podría crear interruptores a nivel molecular con una variedad de aplicaciones potenciales", explica Katsuyama.
Una innovación clave del equipo de Hokkaido fue lograr una rotación fotoinducida (es decir, impulsada por la luz) de grupos moleculares alrededor de una serie de enlaces químicos que incorporan un átomo de nitrógeno junto con otros átomos de carbono unidos.
Las propiedades rotacionales se lograron agregando componentes moleculares que contenían un átomo del grupo de elementos "calcógeno" de la tabla periódica, específicamente azufre o selenio, a una molécula orgánica simple:un compuesto de amida. Esto trajo un nuevo nivel de control y versatilidad a los sistemas rotacionales fotoinducidos sintéticos.
Algunos de los grupos químicos que giran alrededor de los enlaces centrales eran relativamente grandes y estaban basados en anillos de seis átomos de carbono unidos. Esto facilitó los cambios moleculares a gran escala que podrían ser necesarios para el uso práctico en sistemas de conmutación molecular.
Además de demostrar los cambios fotoinducidos, el equipo también realizó cálculos teóricos que brindaron información sobre los probables mecanismos por los cuales se produjeron los reordenamientos. El equipo también exploró los efectos de la temperatura en las transformaciones. La combinación de trabajo teórico y experimental debería ayudar a guiar investigaciones futuras hacia la exploración y el control de modificaciones a los sistemas ya logrados.
"Nuestra próxima prioridad de investigación se centra en el potencial de nuestros métodos para producir nuevas moléculas bioactivas activadas por la luz. Estas podrían aplicarse en la investigación biológica o posiblemente desarrollarse como fármacos", concluye Ichikawa.
El uso de luz para activar los cambios conformacionales permite controlar dónde y cuándo ocurren los cambios. Esto podría ser vital para aplicaciones específicas en sistemas biológicos, incluidas posibles posibilidades terapéuticas.
Una versión del estudio está disponible en la revista ChemRxiv. servidor de preimpresión.
Más información: Shotaro Nagami et al, Rotación fotoinducida concertada de doble enlace simple de un sistema que contiene nitrógeno realizada mediante sustitución de calcógeno, ChemRxiv (2022). DOI:10.26434/chemrxiv-2022-4hq5r
Shotaro Nagami et al, Rotación de doble enlace fotoinducida de un sistema que contiene nitrógeno realizada mediante sustitución de calcógeno, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01461-9, www.nature.com/articles/s41557-024-01461-9
Información de la revista: Química de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Hokkaido
