Para peneliti di Universitas Hokkaido telah menciptakan molekul yang mampu berputar secara internal ketika terkena cahaya, yang berpotensi merevolusi peralihan molekuler, komputasi, dan pengembangan obat. Terinspirasi oleh proses alami, terobosan ini menawarkan jalan baru untuk manipulasi molekuler yang tepat dan penerapannya dalam terapi bertarget dan sistem bioaktif.
Molekul yang diinduksi oleh cahaya untuk memutar kelompok besar di sekitar ikatan pusat ketika terkena cahaya dapat mengarah pada terciptanya sistem bioaktif yang diaktifkan oleh cahaya, saklar molekuler, dan aplikasi lainnya.
Para peneliti di Universitas Hokkaido, dipimpin oleh Asisten Profesor Akira Katsuyama dan Profesor Satoshi Ichikawa di Fakultas Ilmu Farmasi, telah memperluas perangkat kimia sintetik dengan membuat kategori molekul baru yang dapat diinduksi untuk menjalani rotasi internal saat berinteraksi dengan cahaya.
Proses serupa diyakini penting dalam beberapa sistem biologis alami. Versi sintetis mungkin dieksploitasi untuk melakukan fungsi peralihan fotokimia dalam komputasi molekuler dan teknologi penginderaan, atau dalam molekul bioaktif termasuk obat-obatan. Mereka melaporkan temuan mereka di Kimia Alam.
Kemajuan dalam Fotokimia
“Mencapai sistem seperti yang kami miliki merupakan tantangan besar dalam fotokimia,” kata Katsuyama. “Pekerjaan ini memberikan kontribusi penting terhadap bidang manipulasi molekuler yang sedang berkembang.”
Dalam penelitian ini, atom sulfur atau selenium dimasukkan ke dalam turunan benzamida (atas). Molekul yang dihasilkan mengalami isomerisasi saat terkena cahaya atau panas. Kredit: Shotaro Nagami, dkk. Kimia Alam. 28 Februari 2024
Molekul yang disintesis dalam penelitian ini membentuk isomer berbeda ketika disinari dengan cahaya biru. Kredit: Akira Katsuyama
Wawasan tentang kemungkinan cahaya mengubah konformasi molekul secara signifikan diperoleh dari penelitian beberapa protein alami. Ini termasuk molekul rhodopsin di retina mata, yang memainkan peran penting dalam mengubah cahaya menjadi sinyal listrik yang menciptakan indera penglihatan kita di otak. Rincian yang muncul mengenai bagaimana penyerapan energi cahaya dapat menyebabkan penataan ulang bagian molekul rhodopsin, yang diperlukan agar ia dapat menjalankan fungsi biologisnya.
“Meniru hal ini dalam sistem sintetis dapat menciptakan saklar tingkat molekuler dengan berbagai aplikasi potensial,” jelas Katsuyama.
Inovasi dalam Rotasi Molekul
Inovasi utama yang dilakukan tim Hokkaido adalah mencapai (yaitu rotasi kelompok molekul yang digerakkan oleh cahaya di sekitar serangkaian ikatan kimia yang menggabungkan nitrogen atom bersama dengan atom karbon terikat lainnya.
Sifat rotasi diaktifkan dengan menambahkan komponen molekul yang mengandung atom dari kelompok unsur ‘kalkogen’ dalam tabel periodik, khususnya belerang atau selenium, ke dalam molekul organik sederhana: senyawa tengah. Hal ini membawa tingkat kontrol dan keserbagunaan baru pada sistem rotasi yang diinduksi foto sintetik.
Dalam penelitian ini, atom sulfur atau selenium dimasukkan ke dalam turunan benzamida (atas). Molekul yang dihasilkan mengalami isomerisasi saat terkena cahaya atau panas. Kredit: Shotaro Nagami, dkk. Kimia Alam. 28 Februari 2024
Beberapa kelompok kimia yang berputar di sekitar ikatan pusat berukuran relatif besar, berdasarkan pada cincin enam atom karbon yang terikat. Hal ini memfasilitasi perubahan molekuler skala besar yang mungkin diperlukan untuk penggunaan praktis dalam sistem peralihan molekuler.
Selain mendemonstrasikan perubahan yang disebabkan oleh foto, tim juga melakukan perhitungan teoretis yang memberikan wawasan tentang kemungkinan mekanisme yang digunakan dalam proses penataan ulang. Tim juga mengeksplorasi pengaruh suhu terhadap transformasi. Kombinasi kerja teoretis dan eksperimental akan membantu memandu penelitian di masa depan untuk mengeksplorasi dan mengendalikan modifikasi pada sistem yang telah dicapai.
“Prioritas penelitian kami berikutnya terfokus pada potensi metode kami untuk membuat molekul bioaktif baru yang diaktifkan oleh cahaya. Ini dapat diterapkan dalam penelitian biologi atau mungkin dikembangkan sebagai obat,” Ichikawa menyimpulkan.
Menggunakan cahaya untuk mengaktifkan perubahan konformasi memungkinkan kontrol atas di mana dan kapan perubahan terjadi. Hal ini penting untuk aplikasi yang ditargetkan secara tepat dalam sistem biologis, termasuk kemungkinan terapi pada akhirnya.
Referensi: “Rotasi ikatan rangkap yang diinduksi foto dari sistem yang mengandung nitrogen yang diwujudkan melalui substitusi kalkogen” oleh Shotaro Nagami, Rintaro Kaguchi, Taichi Akahane, Yu Harabuchi, Tohru Taniguchi, Kenji Monde, Satoshi Maeda, Satoshi Ichikawa dan Akira Katsuyama, 28 Februari 2024, Kimia Alam.
DOI: 10.1038/s41557-024-01461-9
Penelitian ini didanai oleh Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains, Badan Penelitian dan Pengembangan Medis Jepang, Badan Sains dan Teknologi Jepang, dan Akiyama Life Science Foundation.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
