|
|
|
Главная --> Справочник терминов Молекулярному механизму Значение даже всех этих непосредственных позитивных последствий открытия краун-эфиров перекрывается возможностями накопления знаний, существенных для понимания одной из наиболее фундаментальных и волнующих биохимических, вернее, молекулярно-биологических проблем — проблемы молекулярного узнавания. Все главные биохимические события в живых организмах так или иначе имеют отношение к первичному событию узнавания. Узнавание разнообразных эндогенных или экзогенных соединений рс- цепторами на цитоплазматической мембране или на мембранах органелл внутри клетки вызывает специфический ответ, инициированный химическим сигналом на входе. Иллюстрации универсального значения молекулярного узнавания можно найти на всех уровнях биологической организации. Из бесчисленного множества возможных примеров назовем, скажем, такие явления, как специфическое взаимодействие (узнавание!) фермента с субстратом, антитела с антигеном, образование двойных спиралей комплементарными цепями ДНК или РНК, работа вкусовых и обонятельных рецепторов, взаимодействие гормонов и феромонов со специфическими рецепторами, да и сам общий феномен химической коммуникации (о котором кратко говорилось в разд. 1.2). Уже на первых шагах изучения краун-эфиров исследователи осознали, что создание искусственных систем, способных моделировать биологические явления молекулярного узнавания и связывания, может привести к далеко идущим последствиям. Как заметил Лен, комментируя уникальную способность криптанда 221 к тетраэдрическому узнаванию иона аммония, «это представляет одну из самых ярких иллюстраций молекулярной инженерии, включающей достижение цели химии абиотических рецепторов: дизайна синтетических рсцепторных молекул путем правильного манипулирования геометрическими (структура рецептора) и энергетическими (связывающие сайты, межмолекулярные взаимодействия) особенностями с тем, чтобы добиться высокой комплсментарности рецептора и субстрата» [33d] (курсив авторов). 4.2.3. Биомиметика ферментов и молекулярного узнавания 4.2.3.1. Постановка проблемы Однако супрамолекулярная химия при всех своих волнующих перспективах и животрепещущей увлекательности лежит за пределами темы нашей книги. Адресуем читателя к более специализированной литературе по этому предмету [32g, ЗЗа, 38а,о]. Тем не менее, поскольку уж мы затронули базовые концепции и синтетическую стратегию этой области, перечислим в заключе -ние основные проблемы, с которыми она сейчас имеет дело [38о]. Это устройства молекулярной фотоники, способные оперировать в режиме поглощение световой энергии/перенос энергии/излучение, свет/электрон или свет/ион; устройства молекулярной электроники, сконструированные как молекулярные провода и переключатели, чувствительные к окислительно-восстановительным или световым сигналам; молекулярно-ионные устройства, способные образовывать трубки, монослои или грозди трубок, каналы для ионного транспорта; программируемые молекулярные системы, способные к самосборке и, в конечном счете, к самоорганизации в форме, определяемой элементами молекулярного узнавания; создание супрамолекулярных систем селективного узнавания субстратов, способных проводить требуемые химические трансформации с эффективностью и селективностью, свойственными ферментативному катализу. Как указывал Лен [38о], «общей нитью всех областей супрамолекулярной химии является информация, запи- Следует подчеркнуть, что до сих пор ВСЕ успехи в этой области ограничивались дизайном упрошенных аналогов, способных воспроизводить только само расщепление ДНК природными прототипами. Между тем, структуры всех ендииновых антибиотиков содержат также домены, составляющие элементы систем доставки агента к мишени и его селективного связывания с этой мишенью (см. выше). Функционирование этих систем управляется гораздо более прихотливыми взаимодействиями между вовлеченными в события молекулами, которые пока затруднительно недвусмысленно интерпретировать в терминах «причины и следствия» (ср. обсуждение вопросов молекулярного узнавания в разд. 4.2.3). Поэтому рациональный дизайн структурных фрагментов, которые следует присоединить к молекуле аналога с тем, чтобы он и в этом отношении функционировал подобно природному образцу, представляет несравненно более трудную задачу. Пока что достижения в этом направлении не слишком выразительны и основаны главным образом на чисто эмпирическом варьировании природы «привесков» (таких, как ароматические циклы или углеводные остатки) [40Ь]. Тем не менее, гсть все основания ожидать, что накопление экспериментальных данных в конечном итоге принесет реальный прорыв в понимании основных особенностей явлений молекулярного узнавания и связывания, что сделает возможным создание более изощренных моделей, наделенных способностью к специфическому связыванию с ДНК. 4.2.3. Биомиметика ферментов и молекулярного узнавания.. 476 Значение даже всех этих непосредственных позитивных последствий открытия краун-эфиров перекрывается возможностями накопления знаний, существенных для понимания одной из наиболее фундаментальных и волнующих биохимических, вернее, молекулярно-биологических проблем — проблемы молекулярного узнавания. Все главные биохимические события в живых организмах так или иначе имеют отношение к первичному событию узнавания. Узнавание разнообразных эндогенных или экзогенных соединений рс- цепторами на цитоплазматической мембране или на мембранах органелл внутри клетки вызывает специфический ответ, инициированный химическим сигналом на входе. Иллюстрации универсального значения молекулярного узнавания можно найти на всех уровнях биологической организации. Из бесчисленного множества возможных примеров назовем, скажем, такие явления, как специфическое взаимодействие (узнавание!) фермента с субстратом, антитела с антигеном, образование двойных спиралей комплементарными цепями ДНК или РНК, работа вкусовых и обонятельных рецепторов, взаимодействие гормонов и феромонов со специфическими рецепторами, да и сам общий феномен химической коммуникации (о котором кратко говорилось в разд. 1.2). Уже на первых шагах изучения краун-эфиров исследователи осознали, что создание искусственных систем, способных моделировать биологические явления молекулярного узнавания и связывания, может привести к далеко идущим последствиям. Как заметил Лен, комментируя уникальную способность криптанда 221 к тетраэдрическому узнаванию иона аммония, «это представляет одну из самых ярких иллюстраций молекулярной инженерии, включающей достижение цели химии абиотических рецепторов: дизайна синтетических рецепторных молекул путем правильного манипулирования геометрическими (структура рецептора) и энергетическими (связывающие сайты, межмолекулярные взаимодействия) особенностями с тем, чтобы добиться высокой комплсментарности рецептора и субстрата» [33d] (курсив авторов). 4.2.3. Биомиметика ферментов и молекулярного узнавания 4.2.3.1. Постановка проблемы В механике непрерывных сред точка в жидкости — это очень маленький объем в макроскопическом масштабе, но достаточно большой объем в микроскопическом масштабе, позволяющий оценивать локальные изменения температуры, скорости, концентрации и т. д. Применяя такой же подход к определению концентрации для наших систем, мы столкнемся с трудностями, поскольку, как было показано ранее, практически всегда смешение в полимерных системах осуществляется путем конвекции при отсутствии молекулярной диффузии. Согласно этому механизму процесс смешения — не что иное как объемное перераспределение одного компонента в другом. Из этого следует, что в любой «точке» системы согласно данному выше определению должен находиться один компонент: либо дисперсионная среда, либо дисперсная фаза. Другими словами, если отсутствует молекулярная или турбулентная «диффузия», то смесь в пределах «точки» будет полностью разделена на компоненты. Если же под «концентрацией в точке» понимать представительную концентрацию внутри небольшого локального объема, значительно превышающего объем предельной частицы или размеры сегрегированной области, но гораздо меньшего, чем объем «исследуемой пробы» (см. ниже), то можно провести анализ эффективности смешения. Разумеется, определенную таким образом концентрацию нельзя использовать для оценки, например, скорости реакции, протекающей по молекулярному механизму. В этом случае величины локальных объемов, связанных с такой «точкой», гораздо меньше, чем в нашей «точке». Воспламенение, которое происходит в системах, реагирующих по молекулярному механизму, всегда имеет тепловую природу. К сожалению, точно такое же выражение получается и для чисто теплового взрыва [3]. Поэтому экспериментальное установление этой зависимости не дает еще возможности решить, идет ли реакция, приводящая ко взрыву, по цепному или молекулярному механизму. Механизм вторичных реакций при пиролизе. При повышенных температурах (до 900 °С) и высокой конверсии, наряду с основными продуктами (олефинами, метаном и водородом) образуются али-циклические, ароматические и некоторые высокомолекулярные соединения, а также ацетилен, аллен и др. Реакции образования этих продуктов протекают как по радикально-цепному, так и по молекулярному механизму, что сильно осложняет количественное описание общего механизма пиролиза. Рассмотрим вкратце некоторые вторичные реакции и их механизм. Реакционная способность спиртов понижается с увсличени-'М длины углеродной цепи. Скорость этерификации возрастает fipn переходе от первичных спиртов к третичным. Первичные спир^ реагируют с галогеново дородным и кислотами, как правило, п< пи молекулярному механизму, давая алкилгалогениды, третичные --по мономолекулярному, вторичные — по пограничному. Однозначно решить, протекает ли этот процесс по чисто-молекулярному механизму или же по одному из двух свободно-радикальных (молекулярно-радикальному или цепному), можно было бы, если бы имелись ярямые, объективные методы констатирования (и идентификации) свободных радикалов з ходе такой сложной химической реакции. К сожалению, злабое еще развитие химии свободных радикалов исключает в настоящее время решение этого вопроса таким путем. Несмотря на то, что механизм термического распада полимера еще не ясен во всех деталях, можно считать, что на начальной стадии расщепление идет по молекулярному механизму [102, 103]. Отсюда становится понятной малоэффективность всех термостабилизаторов, хорошо проявляющих себя в случае других полимеров. Но поскольку полиэтилентерефталат в условиях его переработки значительно более термостабилен, чем волокнообразующие полиамиды, проблема термостабилизации не вызывала большого практического интереса. Только при высоких температурах пиролиза или, в присутствии кислорода начинает приобретать заметное значение распад по радикальному механизму. Трудно определить границу этого перехода, да и вряд ли она является четкой. Предположительно можно считать, что до 290 °С преобладает термораспад по молекулярному механизму. Представить образование формальдегида по чисто пиролитическому молекулярному механизму затруднительно. В литературе не рассмотрен механизм образования терефталевой кислоты, являющейся основной частью сублимата, осаждающегося на поверхностях плавильно-формовочных устройств при получении полиэфирного волокна. Можно представить, что тере-фталевая кислота образуется при одновременном распаде групп, расположенных по обе стороны одного ароматического ядра, или концевой группы и сложноэфирной группы, также расположенной по другую сторону ароматического ядра: Можно предположить, что при плавлении полиэтилентерефталата первыми распадаются концевые группы. В этот период их блокирование способствует повышению термоустойчивости полиэфира. В момент, когда начинает преобладать распад внутренних сложноэфирных групп по закону случая, блокирование катализаторов фосфорными кислотами или их эфирами оказывает благоприятное воздействие. При дальнейшем повышении температуры, когда становится заметным распад по радикальному механизму, некоторую положительную роль должны иметь добавки систем, способных блокировать образующиеся радикалы, не давая тем самым развиваться цепному процессу термоокислительной деструкции. Но при высоких температурах резко усиливается распад и по молекулярному механизму, который регулировать невозможно. молекулярному механизму SN!- Такое явление называется простран-  Максимально возможным Максимально возможному Максимумы поглощения Максимумом температуры Малеиновая фумаровая Магниевого комплекса Малонового диальдегида Малоугловой рентгеновской Малоугловом рассеянии |
- |
Навигация