123456789
Chemia kombinatoryczna - biblioteki molekularne

Chemicy chcieliby mieć do czynienia z czystymi substancjami, najlepiej zawierającymi tylko jeden z ewentualnych izomerów związku chemicznego. Nigdy się tego nie osiąga. Tymczasem są sytuacje, kiedy chemikowi powinno bardzo zależeć, aby mieć mieszaninę wszystkich możliwych izomerów. Taką mieszaninę nazywamy biblioteką molekularną, a chemię używającą bibliotek molekularnych jako narzędzia nazywamy chemią kombinatoryczną. Dzięki istnieniu biblioteki możemy szukać jakiegoś konkretnego izomeru i znaleźć go (!). Jest to szczególnie spektakularne wtedy, gdy równowaga między izomerami jest labilna (łatwo przesuwalna).
Układ immunologiczny w naszym organizmie jest w stanie zwalczyć praktycznie każdego wroga o dowolnym kształcie i dowolnych cechach molekularnych (rozkładzie ładunku). Jak to jest możliwe? Czyżby organizm był przygotowany na wszystko? I tak, i nie.

Wyobraźmy sobie układ molekuł-cegiełek o różnym kształcie i różnych syntonach

Kliknij, aby zobaczyć powiększenie
Rycina 2: Model układu immunologicznego. (a) Rozpuszczone w roztworze monomery (schematycznie). Mają one kształt wycinka koła z przyczepionymi syntonami: górnym i dolnym. Monomery tworzą asocjaty, przy czym możliwe jest utworzenie asocjatów z wszystkimi kombinacjami syntonów po jednej stronie asocjatu (i komplementarnym zestawem syntonów po drugiej stronie) - mamy do czynienia z biblioteką wszystkich możliwych asocjatów. Najwięcej jest monomerów swobodnych, mniej dimerów, jeszcze mniej trimerów itd. aż do heksamerów. (b) Atakujący czynnik I zostaje najlepiej rozpoznany i związany przez jeden z heksamerów. Jeśli stężenie atakującego czynnika jest duże, to równowaga asocjacyjna przesuwa się w stronę tego właśnie heksameru i w końcu atakujący czynnik I zostaje związany (unieszkodliwiony). Atakujące czynniki II i III (zaznaczone liniami przerywanymi) wymagają odpowiednio pewnych trimerow do związania (choć również wiążą je pewne wyższe asocjaty). Widać, że obrona jest wysoce specyficzna, ale bardzo elastyczna i dzięki temu precyzyjna.

Tworzą one z łatwością najrozmaitszego rodzaju asocjaty utrzymane przez słabe siły van der Waalsa (syntony). Układ ten pozostaje w równowadze dynamicznej - asocjaty rozpadają się i tworzą, a ich kształty zmieniają. Nie ma w tym układzie wyraźnej przewagi któregokolwiek z asocjatów.

Teraz wprowadzamy „wrogie” molekuły. Cegiełki zaczynają wykorzystywać część swoich syntonów do związania wrogów (o komplementarnych układach syntonów), a jednocześnie wiążą się syntonami między sobą, tworząc w coraz większej liczbie asocjaty, które były rzadkością w pierwotnej mieszaninie. Teraz dochodzi do głosu prawo działania mas i równowaga wśród asocjatów zaczyna się przesuwać w stronę tego właśnie, który jest potrzebny do związania wroga. Dodatkowo w kompleksie wiążącym wroga może zajść reakcja chemiczna (jest więc ona wspomagana asocjacją supramolekularną). Wróg jest mocno związany - inwazja została odparta.

Dynamika
Nieliniowość

Liniowość w znaczeniu proporcjonalności skutku do przyczyny jest powszechnie stosowana w fizyce i naukach technicznych. Jest w tym sens, bo istotnie, gdy przyczyna jest mała, to skutek też jest często mały i najczęściej do tej przyczyny proporcjonalny.6

Nieliniowość wyraźnie uczonym przeszkadzała. Bez niej wiele równań można było względnie łatwo rozwiązywać, a rozwiązanie miało często postać pięknego, zwartego wzoru o wielkiej wartości interpretacyjnej i dydaktycznej, a z nieliniowością - koszmar! Nieliniowość można było czasem uwzględnić rachunkiem zaburzeń, ale nic rewelacyjnego się nie uzyskiwało. Rachunek zaburzeń wymaga zaburzenia małego, a tymczasem nowy (ukryty do połowy XX wieku) świat nieliniowości potrzebował dużych perturbacji (fluktuacji próbkujących nowe możliwości układu). Sytuacja w matematyce stosowanej zaczęła się zmieniać wraz z nadejściem komputerów. Ku zaskoczeniu wielu okazało się, że kilka równań nieliniowych ma analityczne i proste rozwiązania.

123456789
powrót na górę strony
Wykład
Czas, rytmy chemiczne i przyszłość chemii
Strona
3/9
Autor
Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska