Причвршћивање аминокиселина на хидрофобни органски молекул омогућава им да се самосастављају у ретке, чворасте структуре са дефинисаном руком, заобилазећи потребу за спољним шаблонима или хиралном резолуцијом. Приступ испоручује хиралне, механички повезане молекуле у једном кораку, отварајући нове могућности за молекуларно препознавање, сенсинг и асиметричну катализу.
Производња великих испреплетених молекула у једном облику огледала је дугогодишњи изазов у хемији. Хиралност подупире све, од активности лекова до биолошког препознавања, али контролисање постаје све теже како молекуларне архитектуре постају сложеније. Ово посебно важи за механички повезане молекуле, као што су катенани, чворови и везе, који се држе заједно својом топологијом, а не ковалентним везама.
Соломонове везе су међу најзамршенијим примерима. Састоје се од два двоструко испреплетена прстена са четири тачке укрштања, они су инхерентно хирални због начина на који се праменови укрштају. Иако постоји неколико синтетичких путева до ових структура, они се обично ослањају на унапред дизајниране шаблоне који нуде ограничену контролу над прилагодбом и функцијом.
Сада, тим предвођен Ионг Цуи и Јинкиао Донг на Шангајском универзитету Јиао Тонг, Кина, заједно са Антхони Давис на Универзитету у Бристолу, Велика Британија, демонстрирао је биолошки инспирисану стратегију која користи аминокиселине за програмирање молекула тетрафенилетилена у спонтано формирање хиралних Соломонских веза.
Истраживачи су синтетизовали молекуларне грађевне блокове који се састоје од крутог ароматичног језгра окруженог аминокиселинама са пиридил групама које везују јоне цинка. Када се помешају са солима цинка, компоненте се самосастављају у Соломонове везе – али само када аминокиселински остаци деле исту хиралност. Мреже водоничних веза између аминокиселина прецизно поравнавају молекуларне нити, одређујући који ланац прелази или испод другог у кључним тачкама, фиксирајући укрштања која су потребна за генерисање чвороване топологије. Метална координација затим затвара прстенове, механички закључавајући структуру на месту. Насупрот томе, ахиралне компоненте или мешавине лево- и десноруких аминокиселина формирају једноставне, неуплетене координационе полимере. „Невероватно је како се различите структуре могу добити кроз модулацију енантиочистоће коришћених лиганада“, коментарише Јамие Левисса Универзитета у Бирмингему, УК, који није био укључен у рад.
Рендгенска кристалографија је потврдила формирање двоструко испреплетене топологије и открила више слојева киралности, од стереоцентра аминокиселина до укупне молекуларне топологије. Промена бочних ланаца аминокиселина омогућила је истраживачима да подесе величину и хемијско окружење шупљине формиране у центру Соломонове везе, што заузврат утиче на функцију. Веза селективно везује кратке пептиде и може разликовати енантиомере. Када се инкорпорирају у полимерне мембране, могу чак да открију биолошки релевантне мете, укључујући инфламаторни биомаркер интерлеукин-6, у наномоларним концентрацијама.
Истраживачи пишу да овај приступ вођен аминокиселинама нуди једноставан пут у једном кораку до сложених, хиралних испреплетених молекула. „Иако можда није тривијално генерализовати овај приступ на друге класе механички испреплетених молекула, не постоји инхерентан разлог зашто ово не би било успешно“, каже Луис. „Стицање детаљног разумевања интеракција између фрагмената који омогућавају пренос хиралних информација биће критично за дизајнирање алтернативних система који користе овај приступ.“
