De molécula a objeto: La mayor estructura sintética con precisión molecular من جزيء إلى الهدف: أكبر بنية مُصنّعه بدقّة جزيئية From molecule to object: The highest synthetic structure with molecular precision

Los químicos orgánicos siempre han estado tratando de imitar la biología. Aunque es posible crear muchas moléculas que imitan a biomoléculas en términos de estructura y función, sigue siendo un reto lograr el tamaño y forma de las grandes biomoléculas. Un equipo internacional liderado por A. Dieter Schluter del ETH Zurich (Suiza) ha presentado ahora un polímero ramificado que recuerda al virus del mosaico del tabaco (TMV) en tamaño y forma cilíndrica. Como esbozan los investigadores en la revista Angewandte Chemie, esta es la macromolécula sintética con forma y estructura atómica definida más grande hasta la fecha.

Anteriormente, la estructura sintética más grande conocida con una estructura atómica definida eran polímeros de poliestireno con una masa molecular de aproximadamente 40 millones de daltons. Sin embargo, este valor corresponde con una pequeña fracción de la masa de las grandes moléculas de ADN. La formación de una gran molécula sintética que también tenga una forma definida es mucho mas difícil. Para los biólogos, sin embargo, es rutinario. Incluso el organismo más simple tiene una forma bien definida, como la forma de bastón del virus del mosaico del tabaco. Para los químicos es un modelo: un ensamblaje molecular masivo con un control perfecto sobre su estructura química, función, tamaño y forma molecular

 

لطالما حاول علماء الكيمياء العضوية محاكاة علم الأحياء. فرغم إمكان تحقيق خلق كثير من الجزيئات التي تُحاكي الجزيئات الحيوية، فإنّ التحدي ما يزال قائماً بإتجاه تحقيق حجم وشكل الجزيئات الحيوية الكبيرة. 

قدّم فريق بحث دولي يرأسه ديتر شلوتر من جامعة زيوريخ بسويسرا:

  بوليميراً أو مُكوثراً متفرّعاً، يذكرنا بفيروس تبرقش التبغ ذو الشكل الأسطوانيّ (أنبوبيّ). 

كما يوضح الباحثون في مجلة الكيمياء التطبيقية، وهذا يشكّل الجزيء الضخم المُصنّع ذو الشكل والبنية الذريّة المحددة: 

ويُعتبر الأكبر حجماً حتى تاريخه.

 

سابقاً، بدت البنية المُصنّعة الأكبر والمعروفة كبنية ذريّة محددة: 

 

هي المكوثرات متعددة الستيرين (بوليسترين) ذات الكتلة الجزيئية التقريبية 40 مليون دالتون. مع هذا، تُوافق هذه القيمة لجزء بسيط من كتلة جزيئات الحمض النووي DNA الكبيرة. 

كذلك، تكوين جزيء ضخم مُصنّع ذو شكل محدد أمر صعب للغاية. مع ذلك، هو بالنسبة لعلماء الأحياء أمر روتينيّ. 

حتى الكائن الأبسط ذو شكل محدد جيداً، مثل شكل عصا فيروس تبرقش التبغ. بالنسبة لعلماء الكيمياء، هو عبارة عن نموذج: 

تركيب جزيئي ضخم مع تحكُّم تام ببنيته الكيميائية والوظيفة (العمل) والحجم والصيغة الجزيئية.

قدّم شلوتر ومعاونوه مكوثراً متفرعاً يقترب بحجمه وشكله من فيروس تبرقش التبغ. 

قاد تركيبه المعقّد الذي يستلزم تقريبياً 170000 تفاعل لتشكيل ترابطات في جزيء وحيد فقط: 

إلى تصنيع جزيء ضخم خطّي محدّد البنية وبقطر يصل لبضعة نانومترات  ووزن جزيئي يصل إلى 200 مليون دالتون. 

للجزيء، بالتالي، كتلة ناجزة وقسم عرضيّ وشكل أسطواني (أنبوبيّ) شبيه بما لدى فيروس تبرقش التبغ.

 

الجزيء الضخم الجديد هو مكوثر مؤلّف من عمود خطي ذو سلاسل جانبية متفرعة بإنتظام. 

يعتبر شلوتر بأن هذا الجزيء الضخم المُصنّع هو الأكبر كبنية وشكل محدد حتى تاريخه، وكذلك، يُعتبر إختباره كأوّل خطوة للأمام بإتجاه تركيب (تصنيع) الأجسام الجزيئية. بنية يمكن إعتبارها شيئاً فيما لو تحافظ على شكلها ضمن محيطها، عندما يتميّز داخلها عن المحيط الخارجي، وعندما تمتلك حدّ واضح بينهما. يوجد كثير من الأغراض النانوية المُصنّعه، مع ذلك، هي ليست جزيئات مُنعزلة، بل حالات دمج لعدد من الجزيئات المنفردة.