Введение
Молекулы, связывающие другие молекулы
[[Изображение:Молекулярные пинцеты JACS 6637 2004. jpg|thumbnail|200px|Рисунок 1. Тринитрофлуорен, связанный в молекулярных пинцетах, о чем сообщили Лен и его коллеги. Открытая полость молекулярных пинцетов может связывать гостевые молекулы посредством нековалентных взаимодействий, включающих водородные связи, координацию с металлами, гидрофобные силы, силы Ван-дер-Ваальса, π–π взаимодействия и/или электростатические эффекты. Эти комплексы являются частью макроциклических молекулярных рецепторов, и их структура характеризуется тем, что две "руки", связывающие гостевую молекулу между собой, соединены только с одного конца, что обеспечивает определенную гибкость этих рецепторных молекул (модель индуцированного соответствия).
История
Термин "молекулярные щипцы" впервые использовал Уитлок. Класс хостов был разработан и популяризирован Циммерманом в середине 1980-х – начале 1990-х годов, а затем Кларнером.
Примеры
Некоторые молекулярные пинцеты связывают ароматические гости. Эти молекулярные пинцеты состоят из пары антраценовых «рук», удерживаемых на расстоянии, позволяющем ароматическим гостям получать π–π взаимодействия с обеих сторон (см. рисунок). Другие молекулярные пинцеты содержат пару связанных порфиринов. Еще один тип молекулярных пинцетов связывает фуллерены. Такие «ловцы фуллеренов» состоят из двух кораннуленовых «клещей», которые дополняют поверхность выпуклого фуллеренового гостя (рисунок 2). Постоянная ассоциации (Ka) в 8600 M−1 была рассчитана с использованием 1H ЯМР-спектроскопии. Стормер и его коллеги описали полости, способные захватывать молекулы циклогексана или хлороформа. Примечательно, что π-взаимодействия играли ключевую роль как в захвате гостей, так и в скорости образования полостей. Водорастворимые фосфат-замещенные молекулярные пинцеты, состоящие из чередующихся фенильных и норборнилиловых заместителей, связываются с положительно заряженными алифатическими боковыми цепями основных аминокислот, таких как лизин и аргинин (рисунок 3). Подобные соединения, называемые «молекулярными клипсами», чьи боковые стенки плоские, а не выпуклые, предпочитают заключать плоские пиридиниевые кольца (например, никотинамидное кольцо NAD(P)+) между своими плоскими нафталиновыми боковыми стенками (рисунок 4). Эти взаимоисключающие режимы связывания делают эти соединения ценными инструментами для изучения критических биологических взаимодействий боковых цепей основных аминокислот в пептидах и белках, а также NAD(P)+ и подобных кофакторов. Например, оба типа соединений ингибируют окислительные реакции этанола спиртовой дегидрогеназой или глюкозо-6-фосфата глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой соответственно. Молекулярные пинцеты, но не клипсы, эффективно ингибируют образование токсичных олигомеров и агрегатов амилоидогенными белками, связанными с различными заболеваниями. Примеры включают белки, участвующие в болезни Альцгеймера – белок β-амилоида (Aβ) и тау; α-синуклеин, который, как считается, вызывает болезнь Паркинсона и другие синуклеинопатии и участвует в повреждении спинного мозга; мутантный белок хантингтина, который вызывает болезнь Гентингтона; полипептид амилоида островков (амилин), который убивает β-клетки поджелудочной железы при диабете 2 типа; транстиретин (TTR), который вызывает семейную амилоидную полиневропатию, семейную амилоидную кардиомиопатию и старческий системный амилоидоз; мутации, склонные к агрегации белка-супрессора опухоли p53; и белки спермы, агрегация которых усиливает ВИЧ-инфекцию. Важно отметить, что молекулярные пинцеты оказались эффективными и безопасными не только в пробирке, но и на моделях животных различных заболеваний, что позволяет предположить, что их можно разработать в качестве лекарств от болезней, вызванных аномальной агрегацией белка, от которых в настоящее время нет лекарства. Они также показали способность разрушать мембраны вирусных частиц с оболочкой, таких как ВИЧ, герпес и гепатит С.