Avbildningar (samma skala) av röntgenkristallstrukturerna. a, Kub 1b. b, PF6 − addukt av tetraeder 3. c, AsF6 − addukt av modifierad tetraeder 4a. Atomfärger:grå, C; vit, H; röd, O; blå, N; orange, Fe; ljusgrön, F. Störning och icke-inkapslade anjoner utelämnas för tydlighetens skull. Järnatomer är förbundna med orange linjer för att illustrera den övergripande geometrin för varje komplex. Kredit:(c) Naturkemi (2017). DOI:10.1038/nchem.2839
(Phys.org) – Inom cellen skickas kemiska meddelanden genom en signalkaskad. Denna kaskad kan vara en serie av kemiska reaktioner eller molekylära förändringar som sporrar nästa reaktion i en slags löpande process. Det är så cellen reagerar på sin omgivning och hur kommunikation sker över (biokemiskt) långa avstånd.
Inspirerad av naturliga signalkaskader, kemister har utvecklat syntetiska kaskader som modifierar en självmonterad supramolekylär struktur efter montering. Forskare från University of Cambridge har utvecklat en syntetisk kaskad som utlöses av norbornadien (NBD) och vidarebefordras av en cyklopentadien (CPD) intermediär som resulterar i en utlöst förändring av två supramolekylära strukturer. Deras arbete visas i Naturkemi .
Efter en självmontering av två supramolekylära strukturer, Nitschke-gruppen utvecklade en PAM-teknik (post-assembly modification) via en kovalent signalkaskad. PAM-reaktioner begränsas av behovet av att vara tillräckligt milda för att de inte skadar den supramolekylära strukturen. De måste också vara kemoselektiva och producera produkter i nästan kvantitativa utbyten för att eliminera behovet av omfattande rening och isolering. Diels-Alder-reaktioner är bra kandidater för dessa typer av reaktioner.
Pilgram, et al. utvecklat ett system som genomgick omvänd elektronbehov Diels-Alder (IEDDA) reaktion med den initiala utlösande molekylen, OBS, och en tetrazinkantad Fe II 8 L 12 kub, och efterföljande Diels-Alder-reaktion med relämolekylen, CPD, och ett tetraedriskt komplex. Deras studier verifierade att reaktionerna krävde den utlösande molekylen och relämolekylen för att fungera.
Specifikt, det syntetiska schemat innebar att man först gjorde den terazinkantade kuben i en syntes med en kruka. Den genomgick sedan IEDDA-reaktionen mellan tetrazinerna och NBD-triggermolekylen. Efter att ha utfört modellreaktionstester, de använde 2-oktadecylnorbornadien vilket gav en pyridizinkantad kub och en 1-oktadecylcyklopentadien-mellanprodukt. Denna mellanprodukt fungerade som en relämolekyl som band till maleimiderna på det tetraedriska komplexet via en Diels-Alder-reaktion.
I ett test, den slutliga reaktionen involverade bildning av en CPD-mellanprodukt med tillräckligt långa alkylkedjor för att den tetraedriska produkten överför från en organisk polär fas till en icke-polär fas. I synnerhet, utan den initiala utlösande molekylen, slutprodukten bildas inte och går inte in i den opolära fasen, visar alltså en syntetisk signalkaskad där en molekyl ändrar lipofilicitet som ett resultat av en miljöutlösare.
Dessutom, eftersom cellens signaltransduktionsvägar ofta regleras av både utlösande arter och inhibitorer, Nitschke-gruppen undersökte potentiella inhibitormolekyler till deras syntetiska kaskad. De fann att cyklooktyn fungerade som en bra hämmare genom att konkurrerande reagera med terazinmolekylerna över NBD-utlösaren.
Till sist, ett annat nyckelfynd av deras syntetiska kaskad är att när den tetraedriska strukturen är komplexbunden med en anjonisk gäst (PF 6 - ), gästen förblir intakt även efter modifiering av strukturen efter montering. Detta gör att gästmolekylen kan transporteras från den polära till opolära fasen, vilket har konsekvenser för medicinska och andra tillämpningar där molekylleverans hindras av polaritet eller andra miljöegenskaper.
Dr Nitschke berättade PhysOrg att framtida forskning innefattar att utforma kaskader av reaktioner som kan pressas bakåt under förhållanden som inte är i jämvikt.
Enligt Nitschke, "Kaskader av reaktioner som inte är i jämvikt som är sammankopplade så att en sekvens av reaktioner antingen uppreglerar eller nedreglerar en annan är grundläggande byggstenar i livet. Att förstå hur de kan fungera kan hjälpa oss att förstå prebiotisk kemi, samt hjälpa oss att designa komplexa syntetiska monteringslinjer där substrat passerar mellan kapslar som kemiskt modifierar dem."
© 2017 Phys.org
