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增加压力:分子机器在单一方向上利用运动

2019-03-21 13:50:31来源:

生命是由分子机器驱动的。这些微型电机在每个电池中都可以将化学能转化为工作,以保持身体的运动。合成分子机器的发明,其在功率小型化技术上执行类似的工作,是纳米科学中的热门话题。

现在,由大阪大学领导的团队发明了一种类似棘轮的分子机器 - 一种复杂分子装置的潜在组成部分 - 只允许在一个方向上移动。这允许同时观察分子机器的运动和化学反应性,这一直是一个长期的挑战。

分子机器的经典设计是对称的“哑铃” - 中间的一个大型环状分子,夹在每端的笨重阻滞剂之间,通过间隔物连接。受这种模式(称为轮烷)的启发,大阪团队创造了一种伪轮烷,其中所有三个部分 - 两个阻挡物(“站”)和中央循环 - 都是小环。该研究报告在科学报告中报道。

他们的分子机器的两个站都是由六元环的吡啶鎓制成的。甲基(CH3)基团连接到每个站,如带刺钩。但是,一个站点带有一个甲基,而另一个站点有两个。

研究第一作者Akihito Hashidzume说:“这种不对称性沿着分子的长度设置了一个轴,有利于向双钩状末端移动,这就像一个塞子。”

通过使用由六个葡萄糖环制成的大环α-环糊精(α-CD)证明了该概念。α-CD环足够宽以适合单钩端部并沿棘轮朝止动器滑动。在途中,它与车站和中央环相互作用。事实上,α-CD催化一种化学反应,其中棘轮状分子与水溶剂交换氢原子。

标记实验证实,这种交换仅发生在棘轮的一端。当反应在重水(D 2 O)中进行时,在单钩站和中心环的甲基以及第二站的亚甲基上发现氘(D)原子,但不是双钩塞子。似乎α-CD通过中心环但被阻止到达塞子的甲基。

相应的作者Akira Harada说:“在这里,我们有一种化学反应,同时运动偏向一个方向。” “我们称之为'面部选择性翻译',因为α-CD更倾向于从伪轮烷的一面移动到另一面。我们从大自然中获取灵感:通过在一个方向上移动,我们希望利用化学能与生物分子马达类似,就像肌肉中那样。“