Исследователи из США и Японии создали ферментоподобный катализатор, активность которого может быть включена или выключена с помощью низкомолекулярных соединений.

Монометаллический каталитически активный центр находится в среднем слое трехслойного комплекса, который может открываться и закрываться под действием низкомолекулярных соединений, что позволяет осуществлять обратимый доступ к каталитически активному центру и его блокировку. (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1193928).

Результаты совместной работы закладывают принципы для создания динамических каталитических систем, которые могут найти применение во многих промышленных процессах, а также в медицинской диагностике.

Синтетический супрамолекулярный комплекс был разработан Чадом Миркином (Chad Mirkin) из Северо-западного Университета (Иллинойс) для катализа реакции полимеризации циклического эфира – ε-капролактона. Миркин полагает, что в разработке нового катализатора наибольшее значение играет концепция использования аллостерического регулирования активности катализатора – изменения строения комплекса, позволяющего блокировать активный центр катализатора или делать его доступным. Исследователям из группы Миркина удалось решить эту задачу, введя в структуру катализатора своеобразные «петли», которые могут открываться, когда хлорид-ион связывается с аллостерическим центром, и закрываться при удалении хлорид-иона с этого центра.

Миркин дополнительно подчеркивает, что пока новая каталитическая система является то, что она монометаллическая – ее каталитическим центром является алюминий. Он добавляет, что результаты работы являются демонстрацией принципиальной возможности применения принципа аллостерического регулирования для монометаллического катализатора, в то время как сходные принципы ранее уже применялись для регулирования активности биметаллических катализаторов. Как подчеркивает Миркин, возможность аллостерического регулирования активности монометаллического катализатора важна, так как в промышленности используется не более пары десятков процессов, основанных на биметаллических катализаторах, в то время как монометаллические катализаторы ускоряют куда большее число реакций, важных для промышленности.

Специалист по супрамолекулярному катализу из Университета Амстердама Йоост Рик (Joost Reek) соглашается с Миркиным в том, что использование предложенной Миркином концепции к мономолекулярному катализатору весьма важно, опять же подчеркивая, что промышленные процессы основаны на монометаллическом катализе.

Однако идея Миркина не сводятся только к модернизации промышленных каталитических процессов. Он собирается разработать новые системы детектирования, основанные на принципе, который он называет «синтетическая ПЦР». Полимеразоцепная реакция (ПЦР) используется в диагностике для усиления сигнала за счет клонирования определенных фрагментов ДНК. Миркин уверен, что катализаторы, разрабатываемые в его группе, смогут справиться с подобным заданием.

Теоретически комплекс может распознать определенную молекулу, переведя ее в активное состояние и заставить катализировать получение молекул такого же типа. Миркин уверен, что особая притягательность «синтетического» подхода заключается в том, что он может быть настроен на распознавание и амплификацию не только молекул ДНК, но и любой другой структуры.