(Phys.org)—Binnen de cel worden chemische berichten door een signaalcascade geleid. Deze cascade kan een reeks chemische reacties of moleculaire veranderingen zijn die de volgende reactie in een soort lopende bandproces afwijzen. Dit is hoe de cel reageert op zijn omgeving en hoe communicatie plaatsvindt over (biochemisch) lange afstanden.

Geïnspireerd door natuurlijke signaalcascades, scheikundigen hebben synthetische cascades ontwikkeld die een zelf-geassembleerde supramoleculaire structuren na de assemblage wijzigen. Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben een synthetische cascade ontwikkeld die wordt geactiveerd door norbornadieen (NBD) en wordt doorgegeven door een tussenproduct van cyclopentadieen (CPD), wat resulteert in de geactiveerde verandering van twee supramoleculaire structuren. Hun werk verschijnt in Natuurchemie .

Na een zelfassemblage in één pot van twee supramoleculaire structuren, de Nitschke-groep ontwikkelde een post-assembly modificatie (PAM) techniek via een covalente signaalcascade. PAM-reacties worden beperkt door de noodzaak om voldoende mild te zijn om de supramoleculaire structuur niet te beschadigen. Ze moeten ook chemoselectief zijn en product produceren in bijna kwantitatieve opbrengsten om de noodzaak van uitgebreide zuivering en isolatie te elimineren. Diels-Alder reacties zijn goede kandidaten voor dit soort reacties.

pelgrim, et al. een systeem ontwikkeld dat een inverse-elektronenvraag Diels-Alder (IEDDA) -reactie onderging met het initiële triggermolecuul, NBD, en een tetrazine randen Fe ^II ₈ L ₁₂ kubus, en daaropvolgende Diels-Alder-reactie met het relaismolecuul, CPD, en een tetraëdrisch complex. Hun studies bevestigden dat de reacties het activerende molecuul en het relaismolecuul nodig hadden om te werken.

specifiek, het synthetische schema omvatte eerst het maken van de terazine-gerande kubus in een eenpotssynthese. Vervolgens onderging het de IEDDA-reactie tussen de tetrazinen en het NBD-triggermolecuul. Na het uitvoeren van modelreactietests, ze gebruikten 2-octadecylnorbornadieen, wat een kubus met pyridizine-randen en een 1-octadecylcyclopentadieen-tussenproduct opleverde. Dit tussenproduct diende als een relaismolecuul dat via een Diels-Alder-reactie aan de maleïmiden op het tetraëdrische complex bond.

In een proef, de laatste reactie omvatte het vormen van een CPD-tussenproduct met voldoende lange alkylketens dat het tetraëdrische product overgaat van een organische polaire fase naar een niet-polaire fase. Opmerkelijk, zonder het aanvankelijke triggerende molecuul, het eindproduct wordt niet gevormd en gaat niet in de niet-polaire fase, dus het demonstreren van een synthetische signaalcascade waarin een molecuul lipofiliciteit verandert als gevolg van een omgevingstrigger.

Aanvullend, omdat de signaaltransductieroutes van de cel vaak worden gereguleerd door zowel triggerende soorten als remmers, de Nitschke-groep onderzocht potentiële remmermoleculen tot hun synthetische cascade. Ze ontdekten dat cyclooctyn als een goede remmer diende door competitief te reageren met de terazine-moleculen via de NBD-trigger.

Eindelijk, een andere belangrijke bevinding van hun synthetische cascade is dat wanneer de tetraëdrische structuur wordt gecomplexeerd met een anionische gast (PF ₆ ^- ), de gast blijft intact, zelfs na wijziging van de structuur na de montage. Hierdoor kan het gastmolecuul van de polaire naar de niet-polaire fase worden getransporteerd, wat gevolgen heeft voor medicinale en andere toepassingen waarbij de afgifte van moleculen wordt gehinderd door polariteit of andere omgevingskenmerken.

Dr. Nitschke vertelde: PhysOrg dat toekomstig onderzoek het ontwerpen van cascades van reacties omvat die achteruit kunnen worden geduwd onder omstandigheden die niet in evenwicht zijn.

Volgens Nitschke, "Cascades van reacties die niet in evenwicht zijn en die zo op elkaar zijn afgestemd dat de ene opeenvolging van reacties de andere opwaarts reguleert of neerwaarts reguleert, zijn fundamentele bouwstenen van het leven. Begrijpen hoe ze zouden kunnen werken, zou ons kunnen helpen de prebiotische chemie te begrijpen, en ons ook helpen bij het ontwerpen van complexe synthetische assemblagelijnen waar substraten worden doorgegeven tussen capsules die ze chemisch wijzigen."

© 2017 Fys.org