Новости

18 января, 2022 11:31

В МГУ создали сверхбыстрый молекулярный двигатель

Источник: Газета.ру
Химики МГУ имени М. В. Ломоносова совместно с датскими коллегами создали молекулярный вращающийся двигатель на основе модифицированного хромофора фоточувствительного родопсина. Идея основана на том, что при облучении светом он меняет свою конформацию: это происходит за счет оборота фрагмента молекулы вокруг двойной межуглеродной связи. Получившаяся наномашина обеспечивает сверхбыстрое однонаправленное вращение на 360° всего в два этапа, запускаемых двумя фотонами красного света. С результатами работы, выполненной при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться на страницах престижного журнала Journal of the American Chemical Society.
Источник: Pixabay

Родопсинами называют большое семейство фоточувствительных мембранных молекул. Родопсины I типа служат бактериям как световые сенсоры и участвуют в транспорте ионов, а родопсины II типа являются рецепторами, важными для работы зрения почти всех наземных позвоночных и некоторых рыб. Хотя их функции несколько отличаются, структура одинакова — пронизывающий мембрану белок опсин из семи спиралей и связанный с ним хромофор ретиналь. Последний присоединяется к белку через «мостик» N=C и получается так называемое основание Шиффа.

«Такие природные системы, а точнее их синтетические аналоги могут стать основой молекулярных машин — соединений, способных превращать энергию, например поглощенных фотонов, в механическую работу. Так, под действием света основание Шиффа ретиналя меняет свою геометрическую конфигурацию, или фотоизомеризуется, переходя из цис- в транс-форму. Это вращение, которое происходит очень быстро, высоко специфично и обладает большим квантовым выходом, то есть высокой эффективностью или КПД. В природе параметры такого процесса обусловлены белковым окружением, но в искусственных системах его может быть сложно воспроизвести. В своей работе мы продемонстрировали, как можно обойтись и без белков», — рассказывает Адиль Кабылда, бывший дипломник лаборатории квантовой фотодинамики, закончивший в этом году химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова.

Сотрудники Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) совместно с датскими коллегами химически модифицировали хромофоры ретиналь-содержащих белков и показали, как можно быстро произвести их фотоизомеризацию. Современные методы квантовой химии позволили российской стороне предсказать и теоретически объяснить действие молекулярного мотора, а сверхбыстрая спектроскопия помогла датским ученым экспериментально исследовать фотоиндуцированную динамику модифицированного ретиналя. Квантовохимические расчеты высокого уровня точности проводились с использованием суперкомпьютера «Ломоносов-2» МГУ.

У ретиналя есть довольно длинная углеводородная цепь, в которой одинарные С–С связи чередуются с двойными — именно двойные служат осью вращения при запускаемом светом цис-транс-переходе. Однако массивные фрагменты могут препятствовать изомеризации или же она пройдет не по тому пути, то есть не вокруг той связи, которая нужна: например, в результате образуется стабильное состояние, и вернуть молекулу в исходное окажется сложно. В результате проведенных расчетов российским исследователям удалось идентифицировать такой проблемный участок ретиналя и показать, что его фиксация позволяет обеспечить ускоренное однонаправленное вращение хромофора на 360° в изолированном состоянии, а не белковой среде.

«Наша разработка по сути решает одну из главных проблем молекулярных машин — проектирование эффективного светочувствительного молекулярного мотора, однонаправленное вращение которого на 360° связано с цис-транс изомеризацией по одной из двойных связей в сопряженной молекуле. Описанный процесс в модифицированном хромофоре ретиналь-содержащих белков происходит в два сверхбыстрых этапа, каждый из которых запускается поглощением фотона красного света с длиной волны 600 нанометров. Поскольку такой свет хорошо проникает в ткани и не вредит им, подобная молекулярная конструкция может пригодиться в различных наномедицинских приложениях», — подводит итог Анастасия Боченкова, кандидат физико-математических наук, заведующая лабораторией квантовой фотодинамики, доцент химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

18 мая, 2022
Химики ТПУ синтезировали новый стабильный нековалентный органический каркас
Ученые Томского политеха получили нековалентный органический каркас на основе цвиттер-ионных иодоние...
17 мая, 2022
Химики создали нанометки для диагностики и лечения рака
Российские и китайские ученые создали новый тип органических наночастиц, которые поглощают поляриз...