(Phys.org)—Au sein de la cellule, les messages chimiques passent par une cascade de signalisation. Cette cascade peut être une série de réactions chimiques ou de changements moléculaires qui repoussent la réaction suivante dans une sorte de processus de chaîne de montage. C'est ainsi que la cellule réagit à son environnement et comment la communication se produit sur de longues distances (biochimiquement).

Inspiré des cascades de signalisation naturelles, les chimistes ont développé des cascades synthétiques qui modifient des structures supramoléculaires auto-assemblées après l'assemblage. Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont mis au point une cascade synthétique déclenchée par le norbornadiène (NBD) et relayée par un intermédiaire cyclopentadiène (CPD) entraînant le changement déclenché de deux structures supramoléculaires. Leur travail apparaît dans Chimie de la nature .

Après un auto-assemblage en un seul pot de deux structures supramoléculaires, le groupe Nitschke a développé une technique de modification post-assemblage (PAM) via une cascade de signaux covalents. Les réactions PAM sont limitées par la nécessité d'être suffisamment douces pour ne pas endommager la structure supramoléculaire. Ils doivent également être chimiosélectifs et produire des produits avec des rendements quasi quantitatifs pour éliminer le besoin d'une purification et d'un isolement poussés. Les réactions de Diels-Alder sont de bons candidats pour ces types de réactions.

Pilgramme, et al. développé un système qui a subi une réaction de Diels-Alder (IEDDA) de demande d'électrons inverses avec la molécule de déclenchement initiale, NBD, et un Fe bordé de tétrazine ^II 8 L 12 cube, et réaction de Diels-Alder subséquente avec la molécule relais, DPC, et un complexe tétraédrique. Leurs études ont vérifié que les réactions nécessitaient la molécule déclenchante et la molécule relais pour fonctionner.

Spécifiquement, le schéma de synthèse impliquait d'abord de fabriquer le cube à bords de térazine dans une synthèse en un seul pot. Il a ensuite subi la réaction IEDDA entre les tétrazines et la molécule de déclenchement NBD. Après avoir effectué des tests de réaction sur modèle, ils ont utilisé du 2-octadécylnorbornadiène donnant un cube bordé de pyridizine et un intermédiaire 1-octadécylcyclopentadiène. Cet intermédiaire a servi de molécule relais qui s'est liée aux maléimides sur le complexe tétraédrique via une réaction de Diels-Alder.

Dans un essai, la réaction finale impliquait la formation d'intermédiaires CPD avec des chaînes alkyle suffisamment longues pour que le produit tétraédrique soit transféré d'une phase polaire organique à une phase non polaire. Notamment, sans la molécule de déclenchement initiale, le produit final n'est pas formé et ne passe pas dans la phase non polaire, démontrant ainsi une cascade de signaux synthétiques dans laquelle une molécule change de lipophilie à la suite d'un déclencheur environnemental.

En outre, parce que les voies de transduction du signal de la cellule sont souvent régulées à la fois par des espèces déclenchantes et par des inhibiteurs, le groupe Nitschke a étudié des molécules inhibitrices potentielles de leur cascade synthétique. Ils ont découvert que le cyclooctyne était un bon inhibiteur en réagissant de manière compétitive avec les molécules de térazine sur le déclencheur NBD.

Finalement, une autre découverte clé de leur cascade synthétique est que lorsque la structure tétraédrique est complexée avec un invité anionique (PF 6 ^- ), l'invité reste intact même après la modification post-assemblage de la structure. Cela permet à la molécule invitée d'être transportée de la phase polaire à la phase non polaire, ce qui a des implications pour les applications médicales et autres où la livraison de molécules est entravée par la polarité ou d'autres caractéristiques environnementales.

Le Dr Nitschke a dit PhysOrg que les recherches futures incluent la conception de cascades de réactions capables d'être repoussées dans des conditions hors d'équilibre.

Selon Nitschke, « Des cascades de réactions hors d'équilibre qui s'articulent de telle sorte qu'une séquence de réactions régule à la hausse ou à la baisse une autre sont des éléments fondamentaux de la vie. Comprendre comment elles pourraient fonctionner pourrait nous aider à comprendre la chimie prébiotique, ainsi que nous aider à concevoir des lignes d'assemblage synthétiques complexes où les substrats sont passés entre des capsules qui les modifient chimiquement.

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