neděle, září 18, 2005

Molekulární motory 2- trochu jiná verze


(navazuji na předchozí článek. Vysvětlování funkce molekulárního motoru na tomto typu by bylo méně názorné než na předchozím minimalistickém motoru. Ale jsou zde další obrázky, které jsou snad o něco přehlednější a názornější, takže by měly pomoci i k pochopení základního principu)

Dva kroužky společně navlečené na jednom kruhu
Tento molekulární motor je tvořen catenanem, který se skládá z dvou menších kroužků nevlečených na větším kruhu, který má 4 vazebná místa, přičemž na těchto místech jsou kroužky drženy vodíkovými můstky.

Po ozáření celé této soustavy kroužků světlem o různých vlnových délkách dojde k malé změně prostorového uspořádání určitých vazebných míst (chemická reakce vyvolaná zářením, která vede k prostorovému přeskupení, v tomto případě jde o cis-trans izomeraci), dík které jsou přerušeny vodíkové vazby. To umožní kroužkům posunout se po kruhu, ovšem správně řízeným ozařováním se kroužky navzájem blokují tak, aby jejich výsledný pohyb byl jen v jednom směru a opisovaly tak kruh, na kterém jsou navlečeny.


Podrobněji, prosím;)
V první fázi jsou modrý i fialový kroužek vázány vodíkovými můstky na svých místech A respektive B. Vlivem ozáření dlouhovlnným ultrafialovým světlem(v obrázku jako proces 1) se tvar molekuly A změní na A`(A s čarou) a vodíkové můstky mezi A´ a modrým kroužkem poleví. Modrý kroužek je tedy volný: ovšem může se pohnout jen proti směru hodinových ručiček, protože opačný směr je blokován stále pevně uchyceným fialovým kroužkem(světlo použité v tomto prvním kroku nevyvolávalo změnu na místu B, tudíž fialový kroužek se neuvolnil). Poté co tedy modrý kroužek doputuje na místo C, je zde opět přichycen vodíkovými můstky(teoreticky se mohl již uchytit na D, vazebná místa catenanu mají nejspíše odstupňovanou afinitu ke kroužkům, takže rotace probíhá směrem, jak ukazuje obrázek a nejde žádnou alternativní cestou).

Další proces(2) je vyvolán pro změnu krátkovlnným ultrafialovým světlem: vazné místo B změní svůj tvar na B´ a vazby mezi fialovým kroužkem a B´ se přetrhají. Tento fialový kroužek se tedy pohybuje jediným možným směrem(druhý je blokován pevně přichyceným modrým kroužkem), na vazebném místu A´ se přichytit nemůže(to má stále změněný tvar po prvním ozáření) a tak doputuje až k místu D, kde je zachycen vodíkovými můstky.

Po ozáření obyčejným bílým světlem(3) se tvar vazebného místa A´ změní zpět na A a B´ změní na B(takže takový restart tvaru vazebných míst). Modrý i fialový kroužek jsou teď na svých místech prohozené!

( při tomto procesu je pravděpodobně podstatné, že místa A a B lákají kroužky více než C a D, jinak by oba kroužky(u velkého podílu molekulárních motorů v roztoku) setrvaly i po ozáření bílým světlem na svých místech C a D a motor by "zamrzl").

K dokončení celé obrátky je již jen třeba procesy 1 až 3 zopakovat. (trajektorie rotace kroužků v průběhu jednoho cyklu: viz obrázek)


Princip je stejný jako u motoru v předešlém článku:
Opět se usměrňuje náhodný brownův pohyb kroužků po obvodu velkého kruhu. V tomto případě ovšem úlohu bariér nezastávají chemické skupiny navázané na velký kruh nýbrž samotné kroužky. Samotným zdrojem energie pro pohon motoru je opět světlo a následná změna tvaru vazebných míst A a B.



Zdroje:
Unidirectional rotation in a mechanically interlocked molecular rotor:
verze popularizační a full article(pdf)



0 Comments:

Okomentovat

<< Home