Das vorteilhafte Zusammenwirken von künstlichen Strukturen mit

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Das vorteilhafte Zusammenwirken von künstlichen Strukturen mit lebenden Systemen schafft
die Grundlage der medizinischen Chemie und der chemischen Biologie auf molekularer Ebene, und
von Biotechnik auf der Ebene von Gewebe oder Organismen. Das Hauptziel dieses Antrags ist das
Potential solcher Interaktionen im Nanobereich zu erforschen, indem künstliche Analoga der
Komponenten biologischer Kontrollsysteme entwickelt werden, die Informationen kommunizieren,
verstärken und manipulieren können um die Kontrolle über chemische und biochemische
Reaktivitäten und Reaktionswege herbeizuführen.
Clayden und seine Mitarbeiter zeigten kürzlich dass Oligomere der achiralen quaternären
Aminosäure Aib, die stabile, klar definierte 310 helikale Foldamere ausbilden, in der Lage sind, einige
Eigenschaften und Funktionen von biologischen Rezeptoren, wie des GPCR, nachzuahmen. Sie
zeigten, dass durch eine stereochemische Beeinflussung an einem Ende einer sonst achiralen Helix,
eine Bevorzugung der Gängigkeit über mehrere helikale Windungen hervorgerufen wird. Daraus
entwickeln sie schaltbare Strukturen, in denen durch die Absolutkonfiguration an einem stereogenen
Zentrum an einem Ende einer Helix eine Änderung in der Umgebung eines spektroskopischen
Reporters, mehrere Nanometer entfernt, am anderen Ende, herbeigeführt werden kann. Weiters waren
sie in der Lage dieses Umschalten über reversible, kovalente Wechselwirkungen in einem Prozess
hervorzurufen, der das Binden eines Liganden an einer Bindungsstelle nachahmt, wodurch eine
konformative Änderungen in einem Rezeptor verursacht wird.
Dementsprechend, wurde bereits ein grundlegender Fortschritt in Richtung fähiger
biomimetischer Systeme gemacht, der einige der Funktionen biologischer Kommunikationseinheiten
auf molekularer Ebene zeigt. Jedoch ist die Kommunikation bis lang auf intramolekulare
Kommunikation einzelner Moleküle beschränkt gewesen. Daher ist der in diesem Antrag behandelte
nächste Hauptdurchbruch, die Entwicklung von Methoden, die Kommunikation zwischen Molekülen,
in einer intermolekularen Weise ermöglichen sollen. Idealerweise soll dies zu einem chemischen
Output an Information führen, zum Beispiel einer Veränderung der Reaktivität oder der Freisetzung
eines chemischen "Boten". Diese Herausforderung soll durch zwei parallele Herangehensweisen
behandelt werden. Erstens, werden wir eine direkte intermolekulare Kommunikation zwischen relativ
unfunktionalisierten
helikalen
Wasserstoffbrückenbindungen
Molekülen,
ausbildet.
in
Diese
einem
Lösungsmittel
Untersuchen
werden
anstreben,
einige
das
keine
fundamentale
Eigenschaften der betreffenden Helices prüfen, jedoch wird es wahrscheinlich nötig sein, engere
Wechselwirkungen zwischen den Helices zu erzeugen. Daher soll die Möglichkeit intermolekularer
Kommunikation sogar in hydroxydischen Medien und letztendlich in Wasser untersucht werden. Das
Endziel dieses Projektes würde einen bedeutenden Durchbruch in der synthetischen Konstruktion von
biomimetischen Kontrollsystemen darstellen, der konformative und stereochemische Aspekte zu
Konzepten der Systemchemie und sogar der synthetischen Biologie beisteuern würde.
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