世界上最小的生物力学连接结构

寂静回声

由机械上连锁的分子组成的微小结构可以充当“分子机器”，这一化学研究领域令人兴奋的历史可以追溯到几十年前，近年来则已经有了一些特别重要的进展。来自普林斯顿大学的研究人员利用自组装的多肽制造出了世界上最小的连锁生物力学结构，其大小仅为十亿分之一米。分子机械的起源可以追溯到法国的Jean-Pierre Sauvage的早期工作，他在1983年从事光化学领域的研究，当时发现了一对围绕铜离子连接的分子。当铜被移除后，分子通过机械连接而不是通过原子间共享电子的典型共价键连接。这种结构为1991年Fraser Stoddart将一个分子环连接到分子轴上以及Ben Feringa在1999年开发出第一个分子马达奠定了基础。

Sauvage、Stoddart和Feringa在分子机械方面的开创性研究而被授予2016年诺贝尔化学奖，他们的工作继续激励着该领域的其他人。在过去的十年里，我们看到了世界上第一个人造分子泵的创造，旨在在分子之间传递能量、在分子机器上取得了进展、可以用类似腿的结构行走来治疗疾病及杀死特定癌细胞的分子纳米潜艇。除了人体领域，分子机械在能量储存、新材料和传感器的开发方面也有发展前景。
截止到目前，大多数形成这些分子机器基础的机械连锁分子都依赖金属离子和强溶剂来形成所需的结构。普林斯顿大学的科学家们开始着手回避对人造积木的需求，他们完全从天然生物分子中合成了机械连锁分子，在这种情况下，微小的氨基酸链被称为肽。

研究团队使用一种名为microcin J25的自然形成的拉索状肽作为起始点。组成这种肽的氨基酸经过基因工程改造发挥了完全不同的作用，另外还在水中自我组装成完全不同的形状--其中包括两个互锁的环，它们的大小都是十亿分之一米。

“我们已经能够建造一堆以前没有人能建造的结构，”A. James Link说道，“这些是你可以用缩氨酸制成的最小的螺纹或连锁结构。”Lin是化学和生物工程教授，也是这项研究的主要研究者。

有趣的是，其中一些结构能在两种或更多不同的形状之间切换，研究人员指出，这为一种“生物分子开关”奠定了基础。从更广泛的意义上说，这项工作证明了高度复杂结构的形成并可能为从材料设计到医疗保健的所有领域中使用复杂的新生物分子打开大门。

“这确实是在生物界和合成化学之间建立了一座桥梁，”Link说道。