Un equipo de químicos construyó el primer ensamblador artificial, que utiliza la luz como fuente de energía. Estas máquinas moleculares están realizando síntesis de manera similar a las nanomáquinas biológicas. Las ventajas son menos productos secundarios, enantioselectividad y vías sintéticas más cortas desde las fuerzas de mecanosíntesislas moléculas en un canal de reacción predefinido
Los químicos usualmente sintetizan moléculas usando colisiones estocásticas formadoras de enlaces de las moléculas reactivas en solución. La naturaleza sigue una estrategia diferente en la síntesis bioquímica. La mayoría de las reacciones bioquímicas son impulsadas por complejos proteicos de tipo máquina que se unen y posicionan las moléculas reactivas para selectivastransformaciones. Los "ensambladores moleculares" artificiales que realizan la "mecanosíntesis" se han propuesto como un nuevo paradigma en química y nanofabricación. Un equipo de químicos de la Universidad de Kiel Alemania construyó el primer ensamblador artificial, que realiza síntesis y utiliza la luz como fuente de energía.El sistema combina la unión selectiva de los reactivos, el posicionamiento preciso y la liberación activa del producto. Los científicos publicaron sus hallazgos en la revista Química de comunicaciones .
K. Eric Drexler ya propuso la idea de ensambladores moleculares, que son capaces de construir moléculas, en 1986, basándose en las ideas de Richard Feynman, Premio Nobel de Física. En su libro "Motores de creación: la era que viene"of Nanotechnology "y publicaciones de seguimiento Drexler propone máquinas moleculares capaces de posicionar moléculas reactivas con precisión atómica y construir estructuras más grandes y sofisticadas a través de la mecanosíntesis. Si un nanobot molecular podría construir cualquier molécula, ciertamente podría construir otra copia de sí mismo,es decir, podría autorreplicarse. Estas visiones imaginativas inspiraron a varios autores de ciencia ficción, pero también comenzaron una intensa controversia científica.
El problema de los "dedos pegajosos"
El debate culminó en una historia de portada de Chemical & Engineering News en 2003 con la pregunta clave: "¿Son posibles los ensambladores moleculares, dispositivos capaces de posicionar átomos y moléculas para reacciones definidas con precisión?" Aquí el ganador del Premio Nobel Richard E.Smalley planteó dos grandes objeciones: el problema de los "dedos gordos" y el de los "dedos pegajosos": para agarrar y guiar cada átomo individual, el ensamblador debe tener muchos nano-dedos. Smalley argumentó que simplemente no hay suficiente espacio en la reacción de tamaño nanométricoregión para acomodar todos los dedos de todos los manipuladores necesarios para tener un control completo de la química. El problema del "dedo adhesivo" surge del problema de que los átomos de las manos del manipulador se adherirán al átomo que se está moviendo.ser imposible liberar el bloque de construcción precisamente en el lugar correcto. Smalley concluye que los problemas de grasa y dedos pegajosos son fundamentales y no se pueden evitar.
Mirando los ensambladores moleculares de la naturaleza
Sin embargo, en la naturaleza, existen numerosos ejemplos de ensambladores moleculares, como el ribosoma, sintetasas peptídicas no ribosómicas, policétido sintasas y ATP-sintasa. "En términos de ensambladores moleculares podemos afirmar, si la naturaleza está usando ensambladores moleculares para síntesis,los químicos deberían, al menos en principio, ser capaces de construir y operar ensambladores artificiales en el laboratorio ", dice Rainer Herges, profesor de Química Orgánica y portavoz del Centro de Investigación Colaborativa 677" Function by Switching "en la Universidad de Kiel.
Herges y su equipo ahora han construido el primer ensamblador artificial, que utiliza la luz como fuente de energía. Al observar a los ensambladores moleculares en la naturaleza, trataron de reducir sistemáticamente su sofisticación y complejidad a un nivel, alcanzable con la química sintética. La síntesis de ATPde ADP y fosfato y las sintetasas peptídicas no ribosómicas sirvieron como paragones.
el ligando Photoswitchable guía a través de una reacción
Cogen los reactivos, cuatro iones vanadato, los acercan y los concatenan en anillos. Al colocar los reactivos, un ligando fotoconmutable guía a los reactivos a través de un canal de reacción específico, y se forma una molécula que no está presente en elsolución inicial. El cambio fotoquímico del ligando a un estado no vinculante también desencadena la liberación del producto, y resuelve el problema del "dedo adhesivo". El equipo de investigación eligió la luz UV como fuente de energía externa porque es convenienteaplicar y no se forman subproductos interferentes en contraste con las fuentes de energía química.
Un cambio de paradigma en la síntesis química
Máquinas moleculares similares, como los ensambladores que condensan aminoácidos en proteínas desencadenarían un cambio de paradigma en la síntesis química. Las ventajas obvias son menos productos secundarios, enantioselectividad y rutas sintéticas más cortas, ya que la mecanosíntesis obliga a las moléculas a un canal de reacción predefinido ".Además, el producto del anillo es más rico en energía como material de partida. En otras palabras, la energía de la luz se convierte en energía química ", enfatiza Herges." Aunque la mecanosíntesis con ensambladores moleculares artificiales es extremadamente desafiante, vale la pena investigar y podría proporcionar un nuevocamino para la conversión de energía luminosa "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kiel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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