Ο νέος μοριακός κόμπος είναι ακόμα πιο πολύπλοκος

 Μια διασταυρούμενη πλεξούδα των ατόμων έχει «εκπληκτικά πολύ συμμετρία»

ΥΦΑΝΤΑ ΑΠΟ ΜΟΡΙΑ. Ο νέος μοριακός κόμπος (παρουσιάζεται μια αναπαράσταση) είναι ο πιο πολύπλοκος που περιγράφηκε ποτέ. Δημιουργεί μια τριπλή πλεξίδα, με ιόντα σιδήρου (ασημί-μπλε) και ένα ιόν χλωρίου (πράσινο) που καθοδηγούν το σχηματισμό.

STUART JANTZEN/BIOCINEMATICS.COM

Εκατόν ενενήντα δύο άτομα έχουν φτιάξει έναν κόμπο. 

Αλυσίδες ατόμων άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου, που πλέκουν μια τριπλή πλεξούδα, αποτελούν τον πιο πολύπλοκο μοριακό κόμπο που έχει περιγραφεί ποτέ, λένε οι χημικοί του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ στην Αγγλία στο άρθρο τους στο Science της 13ης Ιανουαρίου. 

Το να μάθουμε πως να δένουμε τέτοιους κόμπους θα μπορούσε κάποια μέρα να βοηθήσει τους ερευνητές να υφαίνουν μοριακά υφάσματα με όλα τα είδη ιδιόμορφων ιδιοτήτων. "Μπορούμε να έχουμε τη δύναμη του Kevlar με ένα ελαφρύτερο και πιο ευέλικτο υλικό", λέει ένας από τους συγγραφείς της μελέτης ο David Leigh.

Κάτι τέτοιο είναι ακόμα πολύ μακριά, αλλά το δέσιμο των μοριακών κόμπων είναι μια καθαρή πνευματική πρόκληση, λέει ο χημικός του Πανεπιστημίου του Cambridge Jeremy Sanders. "Είναι σαν την απάντηση στο γιατί ανεβαίνετε στο Everest", λέει. "Είναι μια πρόκληση."

Οι μαθηματικοί γνωρίζουν περισσότερα από έξι δισεκατομμύρια είδη πρώταρχικών κόμπων, οι οποίοι, όπως και οι πρωτοι αριθμοί, δεν μπορούν να αναλυθούν σε απλούστερες συνιστώσες. "Οι πρώταρχικοί κόμποι δεν μπορούν να δημιουργηθούν με το να κολλήσουμε μεταξύ τους άλλους κόμβους" εξηγεί ο Leigh. Για χρόνια, οι χημικοί ήταν σε θέση να συνθέσουν ένα μόνο τύπο πρώταρχικού κόμβου από μικρά μόρια. "Νομίζαμε ότι ήταν αρκετά γελοίο", λέει ο Leigh.

Αυτός ο μοριακός κόμβος ήταν ένα τρίφυλλο, όπως ένα τρίφυλλο τριφύλλι. Ο Jean-Pierre Sauvage και οι συνάδελφοί του το ύφαναν από χημικές αλυσίδες το 1989. Ο Sauvage κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 2016 για παλαιότερα έργα που χρησιμοποίησε τις ίδιες αρχές που διερευνήθηκαν στους κόμβους του (SN: 10/29/16, σ. 6).

Στις δεκαετίες μετά το τρίφυλλο του Sauvage, οι χημικοί προσπάθησαν να συνθέσουν άλλους τύπους μοριακών κόμβων, αλλά «το βρήκαν πάντα εξαιρετικά δύσκολο», λέει ο χημικός Sophie Jackson, επίσης στο Πανεπιστήμιο του Cambridge.

Το να πεισθούν οι κλώνοι μεγάθους νανοκλίμακας να αλληλοσυνδεθούν με ένα σωστό τρόπο δεν είναι απλό. "Δεν μπορείτε να αρπάξετε τα άκρα και να τα δέσετε όπως θα κάνατε στα κορδόνια των παπουτσιών σας", λέει ο Leigh. Αντ 'αυτού, οι επιστήμονες επιλέγουν μοριακά συστατικά που συναρμολογούνται.

Το 2012, ο Leigh και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν την τεχνική αυτό-συναρμολόγησης για να δημιουργήσουν έναν κόμβο μοριακού πεντάφυλλου, μια δομή σχήματος αστεριού αποτελούμενη από 160 άτομα και με αλυσίδες που διασταυρώνονται πέντε φορές (SN: 1/28/12, σελ. 12). Αυτός ο τελευταίος κόμβος, με οκτώ σημεία διασταύρωσης, είναι ακόμα πιο περίπλοκος.

Η ομάδα του Leigh ανέμειξε μαζί δομικά στοιχεία που περιέχουν άτομα άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου με ιόντα σιδήρου και ιόντα χλωρίου. "Βάζετε όλα αυτά μαζί, τα θερμαίνετε και αυτο-συναρμολογούντα", λέει. Τα κολλώδη μεταλλικά ιόντα συγκρατούν τα δομικά στοιχεία στη σωστή θέση και ένα μονό χλωριούχο ιόν που βρίσκεται στο μέσο της δομής τα αγκυρώνει όλα μαζί. Στη συνέχεια, ένας χημικός καταλύτης συνδέει τα δομικά στοιχεία, σχηματίζοντας τον ολοκληρωμένο κόμπο. Ο νέος κόμβος είναι ο πιο σφιχτός που δημιουργήθηκε ποτέ, λέει ο Leigh, με μόλις 24 άτομα μεταξύ κάθε σημείου διασταύρωσης.

Είναι όμορφο, λέει ο Sanders. "Είναι μια σειρά από άτομα που τυλίγονται σε σφαιρικό σχήμα με εκπληκτική συμμετρία". Ο Sanders δεν προθυμοποιείται να κάνει υποθέσεις για το πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας τέτοιος κόμπος, αλλά είναι στρογγυλός και πολύ πυκνός, λέει. Αυτό θα μπορούσε να του δώσει κάποιες ενδιαφέρουσες ιδιότητες υλικών.

Ο Leigh υποψιάζεται ότι διαφορετικοί μοριακοί κόμβοι μπορεί να συμπεριφέρονται διαφορετικά, όπως οι διάφοροι κόμβοι που χρησιμοποιούν οι ψαράδες και οι ναυτικοί. "Θέλουμε να κάνουμε συγκεκριμένους κόμβους, να δούμε τι κάνουν και στη συνέχεια να καταλάβουμε πώς να το εκμεταλλευτούμε καλύτερα αυτό", λέει.

ΟΛΑ ΜΑΖΙ ΝΑ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΟΝΤΑΙ: Ο πιο πολύπλοκος μοριακός κόμπος που συντέθηκε από τους χημικούς (φαίνεται η κρυσταλλική δομή ακτίνων Χ) σχηματίζεται συνδέοντας άτομα άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου. Ένα απλό ιόν χλωρίου (πράσινη σφαίρα στο κέντρο) και τέσσερα ιόντα σιδήρου (μωβ σφαίρες) βοηθούν το σχηματισμό του κόμπου, αλλά αργότερα μπορούν να ξεπλυθούν.

Πηγές: 
Science News: New molecular knot is most complex yet  ΥΠΟ  MEGHAN ROSEN  12 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2017
Επιστημονικό Άρθρο:
Braiding a molecular knot with eight crossings
Jonathan J. Danon, Anneke Krüger, David A. Leigh*, Jean-François Lemonnier, Alexander J. Stephens, Iñigo J. Vitorica-Yrezabal, Steffen L. Woltering
Science  13 Jan 2017: Vol. 355, Issue 6321, pp. 159-162 DOI: 10.1126/science.aal1619