A l'état fondamental, l'hôte adopte deux conformateurs, un étendu et un plié, et passe progressivement à un "état riche étendu" lors de la pressurisation. Puis, à l'état excité (hυ), ces deux conformères émettent une fluorescence différente. Crédit :Sciences chimiques
Les structures supramoléculaires sensibles au stimulus sont apparues comme une alternative aux structures conventionnelles, en raison de leurs applications dans la détection, l'administration de médicaments, et des systèmes de mémoire commutables. Maintenant, des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo explorent la réponse à la pression hydrostatique des « foldamères » - des molécules artificielles qui imitent le repliement des protéines - et signalent un changement dans leur conformation préférée avec le changement de pression, démontrant le contrôle dynamique activé par la pression hydrostatique. La découverte ouvre les portes au développement futur de foldamères sensibles à la pression et de matériaux artificiels.
Plus, sinon tout, les systèmes biologiques sont extrêmement complexes et reposent souvent sur des interactions sur lesquelles la chimie traditionnelle ne se concentre pas. Tout un domaine de recherche appelé chimie supramoléculaire a été inspiré pour étudier exactement les interactions qui régissent les processus biologiques, basé sur une approche reposant sur des machines moléculaires artificielles pour imiter les fonctions biologiques. Ces machines moléculaires sont sensibles à un large éventail de stimuli externes, comme la température, médias environnants, excitation avec la lumière, et par conséquent trouver des applications dans la détection, l'administration de médicaments, imagerie moléculaire, et la technologie de mémoire commutable.
Cependant, un stimulus particulier, à savoir, pression hydrostatique - est depuis longtemps à la mode du fait qu'elle permet d'étudier un matériau supramoléculaire à la fois à l'état non perturbé et sous pression. En réalité, un groupe de recherche basé au Japon, composé de scientifiques du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ont récemment montré que les propriétés optiques et les processus chimiques dans les solutions de matériaux supramoléculaires peuvent être régulés avec précision par la pression hydrostatique.
Inspirés par leurs découvertes, le groupe, dirigé par le professeur Gaku Fukuhara de Tokyo Tech et le professeur Hiromitsu Maeda de l'université Ritsumeikan, a ensuite étudié les effets de la pression sur les « foldamères », des molécules artificielles qui imitent les protéines. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Sciences chimiques . Le nom foldamer vient du fait que ces systèmes peuvent répliquer le repliement des protéines selon des schémas bien définis. Le professeur Gaku Fukuhara explique la motivation de leur étude :« Le comportement à l'état de solution des foldamères sous pression hydrostatique n'a pas été examiné en détail, ce qui pose un défi pour de nouvelles avancées en chimie supramoléculaire. »
Les scientifiques ont choisi un foldamère fluorescent d'un récepteur d'ions négatifs, appelé "hôte", et des paires d'ions chiraux contenant du chlorure et du bromure comme « invités » pour explorer les propriétés optiques de la solution hôte sous pression hydrostatique. Crédit :Sciences chimiques
Pour qu'un plieur se plie dans une conformation spécifique, il doit d'abord se lier à un ion invité chargé négativement qui forme l'état racémique (quantité égale) des structures hélicoïdales. La chiralité (ou la propriété d'être distincte de son image miroir) de la structure résultante peut alors être induite en introduisant un ion contre positif asymétrique, un processus connu sous le nom d'appariement d'ions. L'appariement d'ions, cependant, dépend des conditions de solvatation du foldamère, lequel, à son tour, peut être influencé par la pression hydrostatique. Par conséquent, les scientifiques ont choisi un foldamère fluorescent comme récepteur d'ions négatifs, appelé un hôte, et des paires d'ions chiraux (comme le chlorure et le bromure) en tant qu'invités pour explorer les propriétés optiques de la solution hôte sous pression hydrostatique.
Les scientifiques ont commencé par examiner les changements dans les spectres de fluorescence et d'absorption (dans l'UV et le visible) pour l'hôte dans divers solvants organiques sous pression et ont observé un décalage progressif de la bande spectrale vers des longueurs d'onde plus longues ainsi qu'une absorbance accrue avec une pression croissante. Ils ont attribué cela au fait que l'hôte adopte initialement deux conformères, un étendu et un plié, et passe progressivement à un état riche étendu lors de la pressurisation. Puis, après excitation électronique (hυ), deux états de fluorescence différents ont été observés à partir de ces conformères.
"Notre étude montre clairement que les conformations de l'hôte flexible foldamer peuvent être contrôlées dynamiquement, dans les états fondamental et excité, simplement en changeant la pression hydrostatique, " commente un professeur enthousiaste Fukuhara. " En fait, cette stratégie peut même être étendue à d'autres combinaisons foldamer et guest qui ont du mal à se sentir ou ne montrent pas de chimie hôte-invité, " il ajoute.
Les efforts de l'équipe pour mieux déchiffrer les foldamères nous rapprochent certainement de la complexité des protéines.
