Физики расшифровывают динамическое взаимодействие молекулярных машин в металлоорганических каркасах

Прочитано: 98 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Физики из Университета Мюнстера первыми успешно раскрыли динамическое взаимодействие класса искусственных молекулярных машин — так называемых молекулярных челноков — с помощью молекулярно-динамического моделирования. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Молекулярные машины контролируют большое количество фундаментальных процессов в природе. Встроенные в клеточную среду, эти процессы играют центральную роль во внутриклеточном и межклеточном транспорте молекул, а также в сокращении мышц у человека и животных. Для функционирования всего организма необходима четко определенная ориентация и расположение молекулярных машин . Например, специфическое встраивание моторных белков, образующих класс биомолекулярных машин, позволяет осуществлять динамическое взаимодействие между бесчисленными белками. В результате движение на молекулярном уровне усиливается и передается через различные величины вплоть до макроскопического уровня.

Вдохновленная этими биологическими системами , разработка материалов клеточного типа на основе искусственных молекулярных машин является актуальной областью исследований. Чтобы использовать молекулярную кооперативность этих машин в соответствующих материалах специально для приложений в материаловедении или медицине, решающее значение имеет детальное понимание как молекулярного встраивания в матрицу, так и межмолекулярных взаимодействий . Елена Колодзейски и доктор Саид Амирджалайер из Института физики Мюнстерского университета первыми успешно раскрыли динамическое взаимодействие класса искусственных молекулярных машин — так называемых молекулярных челноков — с помощью молекулярно-динамического моделирования.

Молекулярные челноки состоят из гантелевидных и кольцеобразных молекул, которые связаны друг с другом механическими связями. «Эта механическая связь на молекулярном уровне приводит к тому, что кольцо может двигаться, направленное из одной стороны в другую вдоль оси. Это специфическое маятниковое движение уже использовалось для разработки молекулярных машин», — объясняет Амирджалайер, который возглавлял исследование и недавно перешел в Институт теории твердого тела Мюнстерского университета.

Исходя из этого, исследователи во всем мире работают над целевым использованием этих молекулярных машин в функциональных материалах. Металлоорганические каркасы, которые собираются по модульному принципу из органических и неорганических строительных единиц, представляют собой многообещающую матрицу для встраивания этих механически взаимосвязанных молекул в структуры клеточного типа. Хотя ряд таких систем был синтезирован за последние годы, в основном отсутствовало фундаментальное понимание динамических процессов в этих материалах.

«Наше исследование дает подробное представление о том, как функционируют и взаимодействуют встроенные машины, — говорит ведущий автор Елена Колодзейски. «В то же время нам удалось вывести параметры, позволяющие варьировать тип движения молекулярных челноков в металлоорганических каркасах ».

Целенаправленное управление динамикой открывает многообещающие возможности для воздействия на транспортные свойства молекул в мембранах или для координации каталитических процессов. Исследователи надеются, что их молекулярно-динамические модели станут основой для новых типов материалов для каталитических и медицинских применений. Насколько эффективными могут быть такие материалы, показывают различные функциональные возможности молекулярных машин в биологических клетках.

Физики расшифровывают динамическое взаимодействие молекулярных машин в металлоорганических каркасах



Новости партнеров