دانشمندان کوچک‌ترین گره دنیا را زدند!

دانشمندان به‌طور تصادفی کوچکترین و سفت‌ترین گره‌ی بسته‌شده تاکنون را که فقط حاوی ۵۴ اتم است، ایجاد کردند. این درهم‌تنیدگی میکروسکوپی از نوع «سه‌پره»، یعنی ساده‌ترین نوع گره‌های غیرساده با سه محل تقاطع و فاقد انتهای آزاد است.

براساس مقاله جدیدی که در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است، گره فلزی تازه تشکیل‌شده حاوی طلا است و حتی خودبه‌خود ایجاد می‌شود. این گره علاوه بر آنکه کوچک‌ترین در نوع خود است، تنگ‌ترین گره‌ی تاکنون بسته‌شده نیز محسوب می‌شود. قدرت گره با نسبت BCR (ستون فقرات به تقاطع) اندازه‌گیری می‌شود و مقدار کمتر نشان‌دهنده‌ی سفت‌تر بودن است.

به گزارش ساینس‌آلرت، در سال ۲۰۲۰، شیمیدانان در چین زنجیره‌ای متشکل از ۶۹ اتم را آموزش دادند تا سه بار از روی هم عبور و گره سه‌پره را ایجاد کند. گره ایجادشده در سال ۲۰۲۰ دارای BCR برابر ۲۳ بود؛ اما BCR گره جدید ۱۸ است.

ساختار کوچک‌ترین گره‌ای که تاکنون توسط دانشمندان ایجاد شده است.

بیشتر گره‌های مولکولی ارگانیک دارای BCR بین ۲۷ تا ۳۳ هستند. درحالی‌که کارشناسان اطمینان ندارند چقدر می‌توانند گره‌های تک‌رشته‌ای را کوچک‌تر یا سفت‌تر کنند، طبق محاسبات شیمی کوانتومی، پایدارترین ساختار سه‌پره حدود ۵۰ مولکول طول دارد؛ بدان معنا که به محدوده تئوری آن نزدیک شده‌ایم.

مانند بسیاری از پشرفت‌های علمی، دستاورد اخیر نیز حاصل تصادفی خوش‌موقع بود. پودفات و همکارانش در آزمایشگاه روی ایجاد استیلیدهای فلزی کار می‌کردند که آلکین‌هایی (نوعی هیدروکربن) هستند که هیدروژن از انتهای آن‌ها حذف شده است. محصول نهایی بسیار مفید است، زیرا می‌تواند به دانشمندان در انجام واکنش‌های شیمیایی آلی کمک کند.

هنگام اتصال استیلید طلا با ساختار کربنی دیگری به نام لیگاند دی‌فسفین، تیم به‌طور غیرمنتظره‌ای سه‌پره‌ای را به جای زنجیره طلا ایجاد کرد. درواقع، یکی از واکنش‌ها زنجیره طلایی را تولید کرد که خودبه‌خود به شکل شبدر سه برگ گره خورد. ریچارد پودفات، از نویسندگان مقاله و شیمیدان در دانشگاه وسترن انتاریو گفت: «این سیستمی کاملا پیچیده است و صادقانه بگویم، نمی‌دانیم چگونه اتفاق می‌افتد.»

از سال ۱۹۸۹، شیمیدانان سعی داشته‌اند با هدایت زنجیره‌های مارپیچ به کمک یون‌های فلزی، گره‌های مولکولی را ایجاد کنند. برای مثال، در مطالعه سال ۲۰۲۰ که قبلا به آن اشاره شد، شیمیدانان با استفاده از اتم‌های فلزی برای تاکردن و بافتن رشته مولکولی سفت‌ترین گره سه‌پره در آن زمان را ایجاد کردند. وقتی در انتهای فرایند، اتم‌های فلزی حذف می‌شوتد، دیگر نمی‌توان گره را باز کرد.

دستاورد اخیر، پژوهشگران را بیش از هر زمان دیگری به گره‌های میکروسکوپی که به‌طور طبیعی در دی‌ان‌ای، آران‌ای و پروتئین‌های بدن ما تشکیل می‌شوند، نزدیک می‌کند.

گره‌های مولکولی که سنتز آن‌ها چالش‌های زیادی را به همراه دارد، نقش‌های مهمی در ساختار و عملکرد پروتئین و همچنین در مواد مولکولی مفید دارند. به عنوان مثال، ساختارهای گره برای پیوند دی‌ان‌ای، آران‌ای و پروتئین‌ها بسیار مهم هستند. کشف اسرار گره‌ها می‌تواند کاربردهایی در دنیای واقعی نیز داشته باشد و به ساخت پلاستیک‌های کارآمدتر و ایجاد انوع جدید شیمی‌درمانی کمک کند.