Een stel scheikundigen van de Rijksuniversiteit Groningen heeft de communicatie tussen rotors in een moleculaire motor waargenomen. In hun onderzoek, gerapporteerd in het Journal of the American Chemical Society voerden Carlijn van Beek en Ben Feringa experimenten uit met op alkeen gebaseerde moleculaire motoren.

Moleculaire motoren zijn natuurlijke of kunstmatige moleculaire machines die energie in levende organismen omzetten in beweging. Een voorbeeld zou DNA-polymerase zijn die enkelstrengs DNA omzet in dubbelstrengs DNA. In deze nieuwe poging experimenteerden de onderzoekers met door licht aangedreven, op alkeen gebaseerde moleculaire motoren, waarbij ze licht gebruikten om moleculaire rotors aan te drijven. Als onderdeel van hun experimenten creëerden ze een motor met drie tandwielen en twee rotors en observeerden ze een geval van communicatie tussen twee van de rotors.

Om hun motor te bouwen, begonnen de onderzoekers met delen van bestaande twee motoren, die ze met elkaar overbrugden. De resulterende isoindigo-structuur, zo ontdekten ze, voegde een nieuwe dimensie toe aan hun motor in vergelijking met andere gesynthetiseerde motoren:die van hen hadden een dubbele, metastabiele tussenverbinding die twee van de rotoren met elkaar verbond, waardoor communicatie tussen de twee mogelijk was.

Dit, zo merken ze op, betekende dat de ene rotor geen rotatie hoefde te voltooien voordat de tweede werd geactiveerd, zoals normaal is. En dit leidde tot veranderingen in de structuur die de centrale kern van de motor aandreef, wat op zijn beurt de beweging van de tweede rotor beïnvloedde – een voorbeeld van communicatie tussen de twee rotors.

Om hun motor in actie te observeren, combineerden de onderzoekers NMR en UV-zichtbare spectroscopie. Ze lieten hun motor ook in een kamer draaien die gekoeld was tot -110°C om de actie te vertragen en zichtbaar te maken terwijl de gebeurtenissen zich ontvouwden. Hierdoor konden ze de motor stap voor stap in detail bekijken.

De onderzoekers voerden ook DFT-experimenten uit waarmee ze alle structuren konden karakteriseren die mogelijk waren gezien de motoronderdelen die ze beschikbaar hadden. Ze erkennen dat ze geen verklaring konden vinden voor het communicatiemechanisme dat in hun motor ontstond, hoewel ze suggereren dat hun bevindingen een beter begrip zouden kunnen opleveren van de soorten koppelingen die kunnen optreden in moleculaire motoren.

Meer informatie: Carlijn L.F. van Beek et al, Coupled Rotary Motion in Molecular Motors, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14430

Journaalinformatie: Journaal van de American Chemical Society

© 2024 Science X Netwerk