ШАМПЕЙН, Иллинойс. Один из самых важных талантов Матери-природы - способность отличать одну молекулу от другой. Подобно замкам, принимающим ключи, белки функционируют таким образом, что способны пропускать внутрь одну молекулу определенной формы, в то же время препятствуя проникновению других форм.
Идея молекулярных замков и ключей возникла сто лет назад, но только сейчас химики добились прогресса в создании искусственных рецепторов с высокой селективностью. Профессор Кен Суслик и его коллеги из Университета Иллинойса недавно разработали и построили синтетические замки, которые могут связывать прямые тонкие молекулы, но блокировать изогнутые или толстые молекулы. Эти синтетические рецепторы предназначены для использования в качестве молекулярных сенсоров и селективных катализаторов.
«Молекулы являются посредниками между клетками и даже между целыми организмами», - сказал Суслик, профессор химии Уильяма Х. и Джанет Лайкан в Университете Айленда. «Клетки понимают эти сообщения, распознавая эти молекулы-посредники., часто из-за их формы."
В основе синтетического замка Суслика лежит металлопорфирин (ион металла, связанный в середине молекулярного кольца), очень похожий на соединение железа, обнаруженное в гемоглобине крови. К этому ядру прикреплены дендримеры (разветвленные полимеры), которые расходятся, как ветки на дереве.
«В зависимости от того, где расположены дендримеры, получающийся рецептор имеет либо большое круглое отверстие, либо узкую выемку над и под ионом металла», - сказал Суслик. «Форма этих карманов определяет форму молекул, которые могут связываться с металлом. Карман в форме дымохода пропускает только прямые узкие молекулы, а круглое отверстие пропускает жирные или изогнутые молекулы».
Как сообщалось в выпуске Журнала Американского химического общества от 12 января, Суслик и его коллеги смогли изменить силу связывания различных молекул с металлом в центре этих искусственных рецепторов.
«Просто форма приближающейся молекулы может изменить ее связывание почти в миллион раз», - сказал Суслик. «Такая изысканная избирательность очень похожа на то, как живые системы контролируют химические реакции».
Это также способ, которым промышленные химики манипулируют многими видами химического сырья. Например, для повышения октанового числа бензина часто используются селективные по форме катализаторы, называемые цеолитами, которые могут выбирать для образования высокооктановых молекул во время риформинга сырой нефти на основе молекулярной формы.
Саслик и его исследовательская группа заинтересованы в использовании таких синтетических рецепторов в качестве селективных катализаторов и сенсоров. Например, контролируя доступ к молекулам по их форме, окисление можно аккуратно направить на определенные участки в сложных молекулах. В качестве другого примера, способность обнаруживать молекулы на основе их формы чрезвычайно важна для разработки искусственных носов и других химических сенсоров.