Language
Country/Area
No result found
Dari enzim hingga mesin molekuler: Bagaimana kimia supramolekul menginspirasi masa depan bioteknologi?
Kimia supramolekuler adalah bidang yang melibatkan sistem kimia yang terdiri dari molekul-molekul diskret yang bergantung pada interaksi non-kovalen untuk pengaturan spasial. Tidak seperti kimia tradisional yang berfokus pada ikatan kovalen, kimia supramolekuler menekankan interaksi antarmolekul yang lemah dan reversibel. Gaya-gaya ini meliputi ikatan hidrogen, koordinasi logam, gaya hidrofobik, gaya van der Waals, dan efek elektrostatik elektronik. Berdasarkan penelitian di bidang ini, banyak proses biologis utama yang bergantung pada interaksi ini untuk mempertahankan struktur dan fungsi dapat dipahami.
Konsep penting dalam kimia supramolekuler meliputi perakitan molekuler, pelipatan molekuler, pengenalan molekuler, kimia host-guest, struktur molekuler yang saling terkait secara mekanis, dan kimia kovalen dinamis.
Tinjauan historis
Akar kimia supramolekuler dapat ditelusuri kembali ke tahun 1873, ketika Johannes Diderik van der Waals pertama kali mengusulkan keberadaan gaya antarmolekuler. Kemudian, pada tahun 1894, pemenang Hadiah Nobel Hermann Emile Fisher mengusulkan model "gembok dan kunci" interaksi enzim-substrat, yang menjadi dasar pengenalan molekuler dan kimia inang-tamu. Seiring berjalannya waktu, para ilmuwan secara bertahap meningkatkan pemahaman mereka tentang ikatan nonkovalen, terutama pada tahun 1920-an, ketika deskripsi ikatan hidrogen oleh Latimer dan Rodbush semakin memajukan bidang tersebut.
Pada tahun 1987, tiga ilmuwan, Donald J. Cram, Jean-Marie Leon, dan Charles J. Pedersen, memenangkan Hadiah Nobel dalam bidang Kimia untuk pengembangan dan penerapan mereka dalam molekul yang berinteraksi secara spesifik terhadap struktur.
Konsep dasar
Perakitan molekuler secara mandiri
Perakitan molekuler secara mandiri mengacu pada perakitan molekul secara spontan melalui interaksi non-kovalen tanpa arahan atau manajemen eksternal. Fenomena ini tidak hanya berlaku untuk pembentukan kombinasi supramolekul, tetapi juga terkait dengan proses pelipatan makromolekul biologis. Perakitan mandiri juga dapat membangun struktur yang lebih besar, seperti sel mikro, membran, dan kristal cair, yang sangat penting bagi rekayasa kristal.
Pengenalan dan kompleksasi molekuler
Pengenalan molekuler mengacu pada pengikatan spesifik molekul tamu ke molekul inang komplementer untuk membentuk kompleks inang-tamu. Proses ini sering digunakan dalam desain sensor dan katalis molekuler.
Sintesis yang dikatalisis oleh templat
Pengenalan molekul dan perakitan mandiri dapat digunakan untuk mengatur reaktan terlebih dahulu guna mendekatkan lokasi reaksi guna memfasilitasi reaksi kimia, terutama saat menghadapi reaksi yang secara termodinamika atau kinetik tidak mungkin terjadi.
Struktur molekul yang saling terkait secara mekanis
Struktur molekul yang saling terkait secara mekanis tersusun dari molekul-molekul yang saling terhubung satu sama lain hanya melalui topologi. Pembentukan struktur semacam itu sering kali bergantung pada interaksi nonkovalen, dan contohnya meliputi molekul yang saling terhubung, molekul yang berputar, dan simpul molekul.
Mesin molekul mengacu pada molekul atau gugus molekul yang dapat melakukan fungsi seperti gerakan linier atau rotasi. Konsep ini menempati posisi penting dalam kimia supramolekuler dan nanoteknologi.
Bidang aplikasi
Teknologi Material
Kimia supramolekuler telah memainkan peran penting dalam pengembangan material baru, khususnya melalui proses perakitan molekuler sendiri, pendekatan sintesis bottom-up yang memungkinkan ahli kimia membangun struktur besar dengan mudah.
Katalisis
Desain katalis merupakan salah satu aplikasi utama kimia supramolekuler, dengan interaksi nonkovalen memainkan peran penting dalam pengikatan reaktan.
Kedokteran
Desain berdasarkan kimia supramolekuler telah mendorong terciptanya biomaterial fungsional dan agen terapeutik, termasuk protein, sistem makrosiklis dan ikatan hidrogen berdasarkan kombinasi supramolekuler. Material-material ini telah menunjukkan potensi yang cukup besar dalam biomedis.
Penyimpanan dan pemrosesan data
Pada skala molekuler, kimia supramolekuler telah digunakan untuk menunjukkan kemampuan komputasi dan menunjukkan komponen menggunakan sinyal kimia atau optik yang di masa mendatang dapat memfasilitasi penyimpanan dan pemrosesan data.
Karena pengaruh kimia supramolekuler, banyak aplikasi bioteknologi masa depan telah membuka pintu, yang mendorong pengembangan bahan dan obat baru. Seiring dengan berlanjutnya penelitian, dapatkah kimia supramolekuler benar-benar mengubah lanskap bioteknologi kita?
