Sur la voie des matériaux de type cellulaire
Les physiciens décodent l'interaction dynamique entre les machines moléculaires dans les cadres métallo-organiques
Les machines moléculaires contrôlent un nombre considérable de processus fondamentaux dans la nature. Intégrés dans un environnement cellulaire, ces processus jouent un rôle central dans le transport intracellulaire et intercellulaire des molécules, ainsi que dans la contraction musculaire chez les humains et les animaux. Pour que l'organisme entier fonctionne, une orientation et une disposition bien définies des machines moléculaires sont essentielles. Par exemple, l'encastrement spécifique des protéines motrices - qui forment une classe de machines biomoléculaires - permet une interaction dynamique entre les innombrables protéines. En conséquence, le mouvement au niveau moléculaire est amplifié et transféré à travers diverses magnitudes jusqu'au niveau macroscopique.
Intégration de la "navette moléculaire" dans la structure métallo-organique : représentation schématique de la navette moléculaire (cercle jaune), ainsi que de sa structure moléculaire (cercle brun) et de son intégration dans la structure périodique (cercle violet).
Copyright: Kolodzeiski/Amirjalayer
Inspiré par ces systèmes biologiques, le développement de matériaux de type cellulaire basés sur des machines moléculaires artificielles est un domaine de recherche actuel. Afin d'utiliser la coopérativité moléculaire de ces machines dans des matériaux correspondants destinés spécifiquement à des applications en science des matériaux ou en médecine, une compréhension détaillée à la fois de l'intégration moléculaire dans une matrice et des interactions intermoléculaires est décisive. Elena Kolodzeiski et le Dr Saeed Amirjalayer, de l'Institut de physique de l'Université de Münster, sont les premiers à révéler avec succès l'interaction dynamique d'une catégorie de machines moléculaires artificielles - les "navettes moléculaires" - en utilisant des simulations de dynamique moléculaire. L'étude a été publiée dans la revue "Science Advances".
Les navettes moléculaires sont construites à partir de molécules en forme d'haltère et d'anneau qui sont reliées les unes aux autres par des liaisons mécaniques. "Ce lien mécanique au niveau moléculaire permet à l'anneau de se déplacer de manière dirigée d'un côté à l'autre le long de l'axe. Ce mouvement pendulaire spécifique a déjà été utilisé pour mettre au point des machines moléculaires", explique Amirjalayer, qui a dirigé l'étude et a récemment rejoint l'Institut de théorie du solide de l'université de Münster. Sur cette base, des chercheurs du monde entier travaillent à une utilisation ciblée de ces machines moléculaires dans des matériaux fonctionnels. Les cadres métallo-organiques, qui sont assemblés de manière modulaire par des unités de construction organiques et inorganiques, se révèlent être une matrice prometteuse pour intégrer ces molécules mécaniquement liées dans des structures de type cellulaire. Bien qu'une série de ces systèmes ait été synthétisée au cours des dernières années, une compréhension fondamentale des processus dynamiques dans ces matériaux a fait défaut.
"Notre étude donne un aperçu détaillé du fonctionnement et de l'interaction des machines intégrées", explique l'auteur principal, Elena Kolodzeiski. "Dans le même temps, nous avons pu dériver des paramètres qui permettent de faire varier le type de mouvement des navettes moléculaires au sein des cadres métallo-organiques." Un contrôle ciblé de la dynamique offre des possibilités prometteuses pour influencer les propriétés de transport des molécules dans les membranes ou pour coordonner les processus catalytiques. Les chercheurs espèrent que leurs simulations de dynamique moléculaire serviront de base à de nouveaux types de matériaux pour des applications catalytiques et médicales. L'efficacité de ces matériaux est illustrée par les diverses fonctionnalités des machines moléculaires dans les cellules biologiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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