Page 9 - ChemLife Sayı 48

9
BILIMSEL GELIŞMELER www.chemlife.com.tr CHEMLIFE

ve motorun tek bir yönde dönme- Ancak reaksiyon karışımı, halkanın seçici olarak geriye doğru hareketi nedenle, sistemin gerçekten çalışıp
sini sağlayarak yakıt görevi gördü. geçmesine izin vererek blokaj grup- engeller. Kimyagerler bu tür bir sis- çalışmayacağına dair hiçbir fikrimiz
(Science 2005, DOI: 10.1126/scien- larını sökmeye yardımcı olan bir baz teme” Brownian ratchet – dişli çark olmadan, son derece zaman alıcı
ce.1117090) da içerir. Sonuç olarak, Fmoc grupları mandalı - cırcır” diyorlar. (Chem- olabilen tam moleküler motoru her
sürekli olarak yolun hidroksi bağlantı PhysChem 2016, DOI: 10.1002/ zaman hazırlamamız gerekmiyor"
Araştırmacıların artık bir dizi başka alanlarına girip çıkıyor. En önemlisi, cphc.201600184). diyor.
yakıt doldurma stratejisi var (Che- sterik engelleme, bir Fmoc katılma
mistryOpen 2022, DOI: 10.1002/ reaksiyonunun, halkanın karşısında-
open.202200128). Bazıları, maki- ki ankraj bölgesinde yaklaşık beş kat YAKIT TASARIMI
neye ağır kimyasal gruplar ekleyen daha hızlı gerçekleşmesini sağlar. Ba-
veya çıkaran bir dizi koruma ve zen kinetik yolluk olarak adlandırılan Nisan ayında Leigh, kimyasal olarak
korumayı kaldırma adımı kullanır. reaksiyon oranlarındaki bu asimetri, çalışan otonom bir motoru tanıttı.
Diğerleri, bir makineyi tam bir dön- halkanın yol etrafında saat yönünün Motor, gelişmiş bir yakıt doldurma
gü boyunca hareket ettirmek için tersine değil saat yönünde hareket reaksiyonundan ve her biri reaksi-
pH'ı değiştirir. 1990'larda Stoddart etmesini sağlar. yon döngüsüne bir miktar kinetik
tarafından geliştirilen üçüncü bir asimetri veren iki farklı adımdan
yaklaşım, oksidasyon ve indirgeme Leigh, "Bu kesinlikle kötü bir döner yararlanır.
reaksiyonlarına bağlıdır. motor. Ama yayınladığımız en önemli
makalelerden biri çünkü moleküler Bu arada Feringa, ekibinin makine
Bu kimyasal olarak çalıştırılan cihaz- motorların nasıl çalıştığını gösteri- Bir kiral karbodiimid yakıtı ve bir ki- tasarımlarına rehberlik etmek ve
ların çoğu, makinenin döngüsünün yor ve otonom olarak işlev görebilen ral katalizör, bu otonom motorun bir farklı yapıların ve ikame maddele-
her noktasında doğru türde yakıt moleküler motorların nasıl tasarla- yönde dönmesini sağlamaya yardımcı rinin onları nasıl daha hızlı ve daha
veya diğer reaktifleri eklemek için nacağını gösteriyor" diyor. olur. Kesikli oklar, reaksiyon koşulları verimli çalıştırabileceğini anlamak
insan işleyicilerine güvenir. Kademeli altında daha az olası olan ters reaksi- için moleküler mekanik hesaplama-
çalışma, bazı uygulamalar için uygun O zamandan beri Leigh, çözeltiden yonları göstermektedir. ları ve diğer modelleme yaklaşımla-
olabilir, ancak aynı zamanda emek taç eterleri toplayan ve bunları uzun rını kullandığını söylüyor. Temmuz
yoğundur. bir depolama zincirine koyan oto- Daha önce Leigh'in laboratuvarında ayında araştırmacılar, karbodiimid ve
nom bir pompada benzer Fmoc yakıt çalışan Kreidt, "Moleküler makine- asitle çalışan ancak bir köprü ester
Daha da önemli olan, biyomolekü- kimyası kullandı (Nature 2021, DOI: lerle makroskopik makinelerin ça- oluşturup kırarak dönen otonom bir
ler makinelerin nasıl çalıştığı değil- 10.1038/s41586-021-03575-3). Bu lışma şekli arasında temel bir fark motoru gösterdiler (Nature 2022,
dir. ATP gibi yakıt moleküllerinden tür otonom cihazların ortaya çıkışı var" diyor. “Makroskopik bir motor- DOI: 10.1038/s41586-022-05033-
oluşan bir denizde yüzerler, ihtiyaç heyecana neden oldu, ancak aynı za- da, ataletin üstesinden gelmek için 0). Bu durumda, motor molekülünün
duyduklarında onları alırlar ve sürekli manda kimyasal olarak çalışan mo- yakıttaki enerjiyi kullanırsınız. Ancak kiralitesi, makinenin yönlülüğünü
çalışırlar. Stoddart, sentetik molekü- leküler makinelerin gerçekte nasıl moleküler bir motorda, her şey zaten kontrol eder.
ler makinelerde bu tür bir özerkliğe çalıştığına dair uzun süredir devam Brownian hareketi sayesinde hare-
ulaşmanın alan için önemli bir hedef eden bir tartışmayı da besliyor. Ve ket ediyor. Yyani motoru belirli bir Leigh'in ekibi, daha hacimli bir kar-
olduğunu söylüyor. "Biyolojik mo- tam olarak işlerin zorlaştığı yer ola- yönde hareket edebilecek duruma bodiimid yakıt kullanmanın, halkanın
torlarda gördüğümüz otonom ope- rak burası ön plana çıkıyor. getirmek için yakıtın enerjisine ih- bittiği yerdeki dağıtım oranını 30:1'e
rasyona sahip olmamız gerekiyor." tiyacınız var.” çıkardığını ve yakıt molekülünün so-
Maine Üniversitesi'nden fizikçi Dean nuna bir amonyum grubu eklemenin
Fotonların aksine, kimyasal yakıtlar, Astumian, “Bu tartışmayı anlamak Brown cırcır modeli, moleküler makinenin daha hızlı çalışmasını sağ-
moleküler makinelerin talep üzeri- için hücreler içinde yük taşıyan bir makinistler arasında yaygın olarak ladığını buldu. Leigh, prensip olarak,
ne erişebileceği konsantre bir enerji protein makinesi olan kinesini (Ki- kabul görmektedir. Ancak Apraha- kimyasal yakıtla çalışan herhangi bir
kaynağını depolamak ve taşımak için nesin ökaryot hücrelerde bulunan mian, bir yakıt molekülünün birincil makineye destek vermek için benzer
bir yol sağlar (Nat. Chem. 2022, DOI: bir tür taşıyıcı motor proteindir) rolü, moleküler bir motoru hareket modifikasyonların kullanılabileceğini
10.1038/s41557-022-00970-9). Le- düşünün. Proteinin, mikrotübül adı ettirmek için enerji sağlamak değilse, söylüyor.
igh, makinelerin bir enerji kaynağına verilen sert yollar boyunca ilerleyen buna yakıt olarak adlandırılmaması
gerektiği gibi erişebilmesi halinde, iki "ayağı" vardır ve hareket, ATP'nin gerektiğine işaret ediyor. Hakem de- Ayrıca araştırmacılar kimyasal yakıtlı
otonom olmayan sistemlerden daha adenozin difosfata (ADP) hidrolizi ile ğerlendirmesinden geçmemiş yakın motorlarıyla sıvı kristalleri manipü-
geniş bir uygulama yelpazesine sahip sağlanır. Bazı araştırmacılar, ATP'de- tarihli bir ön baskı makalesinde, o le etmeyi umuyor; bu, ışıkla çalışan
olabileceğine inanıyor. "Moleküler ki güçlü fosfat bağını kırmanın ki- ve Southampton Üniversitesi'nden motorlarla zaten başarılmış bir şey.
makinelere dayalı bir nano devrim nesini yüksek enerjili bir duruma Stephen Goldup, terimin mekanik Motorların kristal dizilerini yeniden
olacaksa, muhtemelen kimyasal getirerek hazırladığını iddia ettiler. olarak yanıltıcı olması nedeniyle yönlendirmek için kullanılması, örne-
yakıtlar kullanılarak çalıştırılacak- Kinesin'in bu durumdan gevşemesi araştırmacıların yakıtlar hakkında ğin uyarlanabilir malzemelerin veya
tır" diyor. - "güç çarpması" olarak tanımlanan konuşmayı tamamen bırakmaları optoelektronik cihazların temelini
bir süreç - ayakları birbiri ardına öne gerektiğini savunuyor. (ChemRxiv oluşturabilecek optik özelliklerini
2016'da Leigh, özerklik için yapılan doğru iten bir konformasyonel de- 2022, DOI: 10.26434/chemrxiv- değiştirebilir.
baskıda önemli bir kilometre taşı- ğişikliğe neden olur. Ama bu yanlış. 2022-49s4d)
nı açıkladı. "Kimyasal olarak tahrik Ve bunu bir fikir olarak değil, tüm- Bu sırada başka bir güç kaynağıda
edilen ilk otonom motordu" diyor. dengelimli bir gerçek olarak söylü- Mekanik sorunlarla mücadele etmek gündeme geliyor. Stoddart yakın za-
Motor, dairesel bir yol etrafında ha- yorum" diyor. için, araştırmacılar son zamanlarda manda doğrudan elektrikle çalışan
reket edebilen moleküler bir halka- moleküler makinelerin altında yatan bir redoks mekanizması kullanan bir
dan oluşur. Yolun karşıt taraflarında, Astumian, deneysel verilerin kinesin termodinamiği ve kinetiği tanımla- moleküler motor geliştirdi (Nature
hidrojen bağıyla halkayı yerinde tu- hareketinin kinesin, ATP ve ürün- yan bir dizi modelin ana hatlarını 2023, DOI: 10.1038/s41586-022-
tabilen, tanıma bölgeleri adı verilen lerini içeren tersinir reaksiyonların çizdiler. Kreidt, bu model tabanlı 05421-6). Stoddart, "Elektrik kullan-
iki bölge vardır. Her tanıma bölgesi, göreli oranları tarafından kontrol yaklaşımların, motor üretilmeden mayı tercih ediyoruz çünkü bunda
bir yakıt olan florenilmetoksikarbo- edildiğini gösterdiğini söylüyor. önce yönselliği gibi temel paramet- atık ürün yok" diyor.
nil klorür (Fmoc-Cl) ile reaksiyona Her ayağın hareketi, doğrudan bir relerinin hesaplanmasına yardımcı
giren bir hidroksi grubunun yanında enerji sarsıntısından ziyade çevre- olabileceğine dikkat çekiyor. Ör- Kaynak: https://cen.acs.org/materi-
bulunur. Bu reaksiyon, halkanın ha- deki moleküllerin Brownian hareketi neğin, sistemdeki kinetik asimetri als/Chemists-debate-fuel-molecu-
reketini bloke ederek, hantal Fmoc tarafından yönlendirilir. ATP ve ki- miktarını tahmin etmek, sistemin lar-machines/101/i5
gruplarını raya yerleştirir (Nature nesin arasındaki reaksiyonlar, hangi bir yönde ne kadar tutarlı bir şekil-
2016, DOI: 10.1038/nature18013). ayağın yoldan yükseldiğini belirler ve de döneceğini tahmin etmelidir. "Bu