Yeni bir metal organik çerçeve (MOF), APF-80, kristalin sünger yönteminin nükleofilik bileşikleri yakalamasını ve analiz etmesini sağlar. Biyolojik olarak aktif bileşikler grubu olan alkaloidler, genellikle MOF kristallerine zarar verir ve çalışmaya direnir. Birden fazla yapısal motif ekleyerek, bu konuklar yüksek kaliteli kristalografik veri toplama sağlayan APF-80 içinde kapsüllenir. Bu gelişme, yapısal analiz, uyuşturucu geliştirme ve biyokimyayı geliştirmek için yeni olasılıklar açıyor.
Alkaloidler, azot içeren doğal olarak oluşan bileşiklerden oluşan çeşitli bir ailedir. Bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalarda bulunan, doğada savunma ve iletişim gibi önemli rollere hizmet ederler. Birçok alkaloid, küçük miktarlarda bile canlı organizmalar üzerindeki benzersiz ve güçlü etkileri ile tanınır, bu da onları bilim ve tıp için son derece değerli hale getirir. Bazı tanıdık örnekler arasında kafein, nikotin, kinin ve morfin – günlük alışkanlıkları ve hayat kurtarıcı tedavileri şekillendiren temeller bulunur.
Alkaloidler genellikle üç boyutlu elementlere sahip karmaşık moleküler yapılar taşır ve bunları karakterize etmek zor bir görevdir. X-ışını kırınımı gibi moleküler analiz teknikleri, hedef bileşiğin kristal formda olmasını gerektirir. Bununla birlikte, tek bir kristal yetiştirmek, zaman ve çabada üst sınırları olmayan önemsiz bir görevdir. Peki ya dikkatlice tasarlanmış bir moleküler çerçeve kullanarak alkaloidlere kristalin düzen verebilirsek, böylece kırınım temelli tekniklerin gereksinimlerini karşılayabilirsek?
Son zamanlarda yapılan bir çalışmada, Profesör Masaki Kawano ve Yardımcı Doçent Yuki Wada tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, Japonya Bilim Enstitüsü Bilim Enstitüsü’ndeki Kimya Bölümü’nden, alkaloidlerle uyumlu hale getirmek için kristal sünger (CS) yöntemini genişletti. Çalışmaları şurada yayınlandı Amerikan Kimya Derneği Dergisi.
CS tekniği, 2013 yılında tanıtılan, bilim adamlarının kendi başlarına kristalize etmek için çok zor olan moleküller üzerinde kırınım temelli analiz kullanmalarını sağlayan yenilikçi bir yöntemdir. Hedef bileşikten kristal yetiştirmek yerine, yöntem, molekülleri kimyasal etkileşimler yoluyla düzenli bir desenle düzenleyen kristalli gözenekli bir çerçeveye ıslatarak çalışır. Ne yazık ki, geleneksel CS çerçeveleri, alkaloidler gibi nükleofilik bileşikler tarafından kolayca bozunur ve bu moleküller için uygulamalarını engeller.
Bu zemine karşı, araştırma ekibi APF-80 adını verdikleri yeni bir metal-organik çerçeve (MOF) geliştirdi. Bu MOF, yapısal bütünlüğünü korurken nükleofilik konukları yakalamasına ve gözeneğin içinde hareketsiz hale getirmesine izin veren birkaç yapısal motife sahiptir.
Kawano, “APF-80, misafir moleküllerini hareketsiz hale getirmek için koordinasyon bağlarının ve hidrojen bağlarının sinerjistik kullanımını sağlayan hidrofilik bir gözenek ortamına ve çift kararlı koordinasyon alanlarına sahiptir.”
APF-80 kullanarak araştırmacılar, X-ışını kırınımı kullanarak 12 nükleofilik bileşiğin yapılarını başarıyla yakaladı ve çözdüler. Bunlar, kafein ve nikotin gibi doğal olarak oluşan alkaloidler, omeprazol ve abakavir gibi farmasötik bileşikler ve daha önce bildirilmemiş bir ara maddeyi içeriyordu.
Elde edilen yapılardan, araştırma ekibi APF-80’in nükleofilik bileşiklerle yakaladığı ve etkileşime girdiği beş farklı etkileşim türünü belirledi. “APF-80 içindeki çeşitli etkileşim, çeşitli moleküler şekillerin ve fonksiyonel grupların etkili bir şekilde konaklamasını kolaylaştırdı, gözenek içindeki pozisyonlarını ve yönelimlerini stabilize etti,” diyor WADA, “bu özellikler, model için minimal kısıtlamalar veya kısıtlamalar gerektiren yüksek kaliteli kristalografik veriler elde etmemize izin verdi.”
Bu multimodal sinerjistik hizalama mekanizması sayesinde APF-80, güçlü CS tekniğini alkaloidlere ve diğer nükleofilik moleküllere uygulamayı mümkün kılacaktır. Herhangi bir şansla, bu çalışma biyokimya, tıp ve gıda biliminde heyecan verici keşiflerin yolunu açacaktır.
