Auto-asamblare moleculară
Auto-asamblarea moleculară este procesul prin care moleculele adoptă un aranjament definit fără ajutor sau asistență externă. Sunt cunoscute două tipuri de auto-asamblare , intra- moleculară și inter- moleculară. Adesea, acesta din urmă se referă la auto-asamblare intermoleculară, în timp ce analogul intramolecular este mai frecvent cunoscut sub numele de pliere .
Sisteme supramoleculare
Auto-asamblarea moleculară este conceptul de bază în chimia supramoleculară [2] [3] [4] , implicând componente care pot varia de la macroscopică la nanoscală, deoarece asamblarea este direcționată de interacțiuni slabe și non-covalente, cum ar fi legăturile de hidrogen , coordonarea metalelor, forțele hidrofobe , forțele Van der Waals , interacțiunile π-π sau electrostatice și, în cele din urmă, interacțiunile electromagnetice . Pentru ca procesul să aibă loc, este important ca structura finală să fie mai ordonată decât cea originală (de obicei procesul este reversibil). Exemple obișnuite includ formarea de micele , vezicule , faze de cristal lichid și monostraturi Langmuir de surfactanți . [5] numeroasele exemple de asamblare supramoleculară demonstrează varietatea posibilă de forme și dimensiuni care pot fi obținute cu autoasamblare moleculară.
Tocmai pentru această caracteristică este un proces care este exploatat în multe ramuri științifice, cum ar fi chimia, biologia, știința materialelor, fizica și nanoștiința, unde sinteza moleculară care duce la formarea legăturilor covalente între atomi nu dă rezultate bune sau este lent și complex.
Cu auto-asamblarea moleculară a fost posibil să se asambleze topologii moleculare interesante. Trei macrocicluri se împletesc între ele, astfel încât ruperea unuia dintre ele are ca rezultat două macrocicluri libere, formând un inel Borromean molecular . Moleculele ADN [6] sau macrociclurile organice [7] au fost utilizate pentru a prepara acest analog molecular care sunt cele mai mici exemple ale inelului Borromeu .
Sisteme biologice
Auto-asamblarea moleculară este crucială pentru funcțiile celulare. Auto-asamblarea se găsește în membranele celulare formate din lipide , în formarea dublei spirale a ADN-ului prin legături de hidrogen ale celor două fire de bază, în plierea proteinelor pentru a-și forma propria structură terțiară și în interacțiuni pentru a forma structura cuaternară . Importanța acestui fenomen este subliniat de diverse boli , cum ar fi în cazul în care o incorectă pliere a proteinelor în insolubile de amiloid fibre este responsabil pentru prion- cum ar fi infectiile in bolile neodegenerative.
Nanotehnologie
Auto-asamblarea moleculară este un aspect important al abordărilor de jos în sus ale nanotehnologiei . Folosind acest fenomen, structura finală este programată în forma și funcționalizarea moleculelor. Auto-asamblarea este baza tehnicilor de jos în sus , spre deosebire de tehnicile de sus în jos , cum ar fi litografia, unde structura dorită este obținută din blocuri mai mari de material.
Nanotehnologia ADN-ului
Nanotehnologia ADN este o zonă a cercetărilor puternice actuale, care combină abordările de auto-asamblare de jos în sus pentru obiectivele nanotehnologiei cu proprietățile de recunoaștere moleculară ale acidului dezoxiribonucleic (ADN) și ale altor acizi nucleici pentru a crea complexe ramificate auto-asamblate. cu proprietăți utile. [9] . ADN-ul este astfel utilizat mai degrabă ca material structural decât ca purtător biologic de informații, ca în structurile de rețea bidimensionale și tridimensionale în formă de poliedru (cu metode bazate pe plăci moleculare și folosind origami ADN ) [10] . Aceste structuri de acid dezoxiribonucleic au fost utilizate ca modelare a ansamblului altor structuri moleculare, cum ar fi nanoparticulele de aur [11] și proteinele streptavidinei [12] .
Notă
- ^ FH Beijer, H. Kooijman, AL Spek, RP Sijbesma & EW Meijer, <75 :: AID-ANIE75> 3.0.CO 2-R Self-Complementaritate Realizat prin cvadruplu de hidrogen Lipirea , în Angew. Chem. Ed. Int. , Vol. 37, n. 1-2, 1998, pp. 75–78, DOI : 10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19980202) 37: 1/2 <75 :: AID-ANIE75> 3.0.CO; 2-R .
- ^ J.-M. Lehn, Perspectives in Supramolecular Chemistry-From Molecular Recognition to Molecular Information Processing and Self-Organization , în Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , vol. 27, n. 11, 1988, pp. 89–121, DOI : 10.1002 / an . 198800891 .
- ^ J.-M. Lehn, Chimie supramoleculară-Domeniu de aplicare și perspective: molecule, supermolecule și dispozitive moleculare (Conferința Nobel) , în Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , vol. 29, nr. 11, 1990, pp. 1304–1319, DOI : 10.1002 / anie.199013041 .
- ^ Lehn, J.-M., Chimie supramoleculară: concepte și perspective , Wiley-VCH, ISBN 978-3-527-29311-7 .
- ^ Rosen și Milton J., Surfactanți și fenomene interfaciale , Hoboken, NJ, Wiley-Interscience, 2004, ISBN 978-0-471-47818-8 .
- ^ C. Mao, W. Sun & NC Seeman, Asamblarea inelelor borromeene din ADN , în Nature , vol. 386, nr. 6621, 1997, pp. 137–138, DOI : 10.1038 / 386137b0 .
- ^ KS Chichak, SJ Cantrill, AR Pease, S.-H. Chen, GWV Cave, JL Atwood & JF Stoddart, Molecular Borromean Rings , în Știință , vol. 304, nr. 5675, 2004, pp. 1308–1312, DOI : 10.1126 / science.1096914 , PMID 15166376 .
- ^ M. Strong, Nanomachines cu proteine , în PLoS Biol. , vol. 2, nr. 3, 2004, pp. e73-e74, DOI : 10.1371 / journal.pbio.0020073 .
- ^ NC Seeman, ADN într-o lume materială , în Nature , vol. 421, n. 6921, 2003, pp. 427-431, DOI : 10.1038 / nature01406 .
- ^ J. Chen și NC Seeman, Sinteza din ADN a unei molecule cu conectivitatea unui cub , în Nature , vol. 350, n. 6319, 1991, pp. 631-633, DOI : 10.1038 / 350631a0 .
- ^ CA Mirkin, RL Letsinger, RC Mucic și JJ Storhoff, O metodă bazată pe ADN pentru asamblarea rațională a nanoparticulelor în materiale macroscopice , în Nature , vol. 382, nr. 6592, 1996, pp. 607–609, DOI : 10.1038 / 382607a0 .
- ^ H. Yan, SH Park, G. Finkelstein, JH Reif și TH Labean, Auto-asamblare ADN- modelată a matricelor de proteine și nanofire extrem de conductoare , în Știință , vol. 301, n. 5641, 2003, pp. 1882–1884, DOI : 10.1126 / science.1089389 , PMID 14512621 .
