Representações (mesma escala) das estruturas de cristal de raios-X. uma, Cube 1b. b, PF6 - aduto de tetraedro 3. c, AsF6 - aduto de tetraedro modificado 4a. Cores do átomo:cinza, C; Branco, H; vermelho, O; azul, N; laranja, Fe; luz verde, F. Desordem e ânions não encapsulados são omitidos para maior clareza. Os átomos de ferro são conectados com linhas laranja para ilustrar a geometria geral de cada complexo. Crédito:(c) Química da Natureza (2017). DOI:10.1038 / nchem.2839
(Phys.org) - Dentro da célula, as mensagens químicas são transmitidas por uma cascata de sinalização. Essa cascata pode ser uma série de reações químicas ou mudanças moleculares que geram a próxima reação em uma espécie de processo de linha de montagem. É assim que a célula responde ao seu ambiente e como a comunicação acontece a longas distâncias (bioquimicamente).
Inspirado por cascatas de sinalização naturais, químicos desenvolveram cascatas sintéticas que modificam uma pós-montagem de estruturas supramoleculares automontadas. Pesquisadores da Universidade de Cambridge desenvolveram uma cascata sintética que é desencadeada por norbornadieno (NBD) e retransmitida por um intermediário ciclopentadieno (CPD), resultando na alteração desencadeada de duas estruturas supramoleculares. O trabalho deles aparece em Química da Natureza .
Após uma automontagem em um único vaso de duas estruturas supramoleculares, o grupo Nitschke desenvolveu uma técnica de modificação pós-montagem (PAM) por meio de uma cascata de sinal covalente. As reações PAM são limitadas pela necessidade de ser suficientemente suaves para não danificar a estrutura supramolecular. Eles também precisam ser quimiosseletivos e produzir produtos em rendimentos quase quantitativos para eliminar a necessidade de purificação e isolamento extensivos. As reações de Diels-Alder são boas candidatas para esses tipos de reações.
Pilgram, et al. desenvolveram um sistema que passou por uma reação de Diels-Alder (IEDDA) de demanda de elétrons inversos com a molécula desencadeadora inicial, NBD, e um Fe com borda de tetrazina II 8 eu 12 cubo, e subsequente reação de Diels-Alder com a molécula relé, CPD, e um complexo tetraédrico. Seus estudos verificaram que as reações exigiam a molécula desencadeadora e a molécula retransmissora para funcionar.
Especificamente, o esquema sintético envolveu primeiro fazer o cubo com borda de terazina em uma síntese de um único recipiente. Em seguida, foi submetido à reação IEDDA entre as tetrazinas e a molécula desencadeadora de NBD. Depois de realizar os testes de reação do modelo, eles usaram 2-octadecilnorbornadieno dando um cubo com borda de piridizina e um intermediário de 1-octadecilciclopentadieno. Esse intermediário serviu como uma molécula de retransmissão que se ligou às maleimidas no complexo tetraédrico por meio de uma reação de Diels-Alder.
Em um teste, a reação final envolveu a formação de intermediários CPD com cadeias alquil suficientemente longas que o produto tetraédrico transfere de uma fase orgânica polar para uma fase apolar. Notavelmente, sem a molécula desencadeadora inicial, o produto final não é formado e não se move para a fase apolar, demonstrando assim uma cascata de sinal sintético em que uma molécula altera a lipofilicidade como resultado de um gatilho ambiental.
Adicionalmente, porque as vias de transdução de sinal da célula são frequentemente reguladas por espécies desencadeadoras e também por inibidores, o grupo Nitschke investigou moléculas inibidoras potenciais de sua cascata sintética. Eles descobriram que o ciclooctyne serviu como um bom inibidor ao reagir competitivamente com as moléculas de terazina sobre o gatilho NBD.
Finalmente, outra descoberta importante de sua cascata sintética é que quando a estrutura tetraédrica é complexada com um hóspede aniônico (PF 6 - ), o convidado permanece intacto mesmo após a modificação pós-montagem da estrutura. Isso permite que a molécula hóspede seja transportada da fase polar para a não polar, que tem implicações para aplicações medicinais e outras onde a distribuição de moléculas é dificultada pela polaridade ou outras características ambientais.
Dr. Nitschke disse PhysOrg que pesquisas futuras incluem projetar cascatas de reações que são capazes de ser empurradas para trás em condições de desequilíbrio.
De acordo com Nitschke, "Cascatas de reações fora de equilíbrio que são engrenadas juntas de tal forma que uma sequência de reações regula para cima ou para baixo outra são blocos de construção fundamentais da vida. Entender como elas podem funcionar pode nos ajudar a entender a química pré-biótica, além de nos ajudar a projetar linhas de montagem sintéticas complexas, onde substratos são passados entre cápsulas que os modificam quimicamente. "
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