Scienziati creano il nodo molecolare più piccolo e stretto

Gli scienziati hanno stabilito un nuovo record per il nodo molecolare più piccolo e più stretto, creando una sostanza chimica che si auto-assembla in un nodo con la formula [Au6{1,2-C6H4(OCH2CC)2}3{Ph2P(CH2)4PPh2}3]. Gli autori sottolineano i sei atomi d’oro all’inizio, chiamando l’intera molecola Au6.

La forma di una molecola influisce sul modo in cui interagisce con le altre molecole. Le molecole complesse possono essere piegate in molti modi diversi e solo uno di questi può produrre gli effetti biologici desiderati. Prevedere e controllare questa piegatura è considerato uno dei problemi più difficili nel campo scientifico, uno dei pochi che sta iniziando a essere affrontato dai computer. i problemi più difficili nella scienza sono fondamentali in questo processo.

I nodi rappresentano l’estremo di questa situazione. Annodare anche catene lunghe e sottili di atomi non è facile perché non puoi semplicemente afferrare le estremità come i pezzi di corda su una barca a vela. Trovare modi per far annodare le molecole può aiutare a sviluppare la capacità umana di fare nodi più pratici. Fare annodare le nostre molecole ci aiuta a comprendere il comportamento di molecole vitali come il DNA, l’RNA e molte proteine, che si annodano senza intervento umano.

I nodi sono classificati in base al numero di incroci. Au6 è il tipo più semplice di nodo non banale, con tre incroci, ed è noto come trifoglio.

I chimici non possono misurare la tensione dei nodi molecolari fisicamente, quindi utilizzano il numero di atomi nella catena annodata diviso per il numero di incroci come indicatore. Più piccolo è il numero di atomi per incrocio, più stretto è il nodo.

Au6, creato da un team che include il professor Richard Puddephatt dell’Università di Western Ontario, ha solo 54 atomi nella sua struttura di base. Questo è un confronto con il precedente record per un nodo metallico di 69 atomi, mentre nessun nodo trifoglio organico è stato ottenuto con meno di 76 atomi. Nodi molto più grandi, con molti più incroci, hanno ottenuto punteggi di tensione anche bassi come 24, ma i 54 atomi di Au6 e il suo punteggio di tensione di 18 superano facilmente tutti gli altri. I modelli teorici suggeriscono che 50 atomi possono essere il minimo per un nodo.

La maggior parte della creazione di nodi molecolari coinvolge la creazione di nodi sempre più complessi, ma esiste un sotto-campo di nicchia che si occupa di creare nodi sempre più stretti, come dimostra il video qui sotto che accompagna un precedente record.

I nodi piccoli sono generalmente creati utilizzando ioni metallici per disegnare catene elicoidali in una forma mirata e quindi rimuovendo i metalli per lasciare un nodo. Questo è un passo verso la creazione di plastica più resistente e leggera, tra le altre cose.

Au6, tuttavia, è realizzato in modo diverso e Puddephatt ha detto a New Scientist che è stato un incidente. Stavano mescolando due liquidi contenenti diverse molecole per creare strutture con catene intrecciate, ma non annodate, chiamate catenani. Utilizzando la cristallografia a raggi X per studiare il prodotto, hanno scoperto che alcuni dei catenani si erano auto-assemblati in nodi trifoglio.

“Abbiamo creato molte combinazioni di acetiluri d’oro e leganti fosfinici e non hanno mai dato un nodo trifoglio”, ha detto Puddephatt. “Non avevamo previsto che ciò sarebbe successo in questo caso, quindi è stato un caso fortuito.” Ha anche riconosciuto che il processo non è completamente compreso, anche se è ripetibile e ha potenziale per essere utilizzato in situazioni più complesse.

Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.