賓主融洽的反應: 分子辨識與自組裝 應化系鐘文聖教授
<<賓主融洽的反應: 分子辨識與自組裝>>-----鐘文聖教授的化學演講
鍾教授的演講內容介紹了關於分子辨識與自組裝等超分子化學之相關研究。從生物化學開始引入,介紹了分子間作用力與其對於巨型分子的顯著影響,在更進一步的介紹其應用。以下是其整理。
分子辨識與生物化學
•精準的分子辨識: 人體的分子在找尋反應對象的時候非常挑剔,從無數個類似的分子中尋覓,找出應交互作用的對象。化學家把這種現象稱為「分子辨識」(Molecular Recognition)。生物分子的辨識經過幾百萬年的演化,已經非常敏銳,可確保人體內大多數的分子,只負責單伊種化學反應,這每一種化學反應,通常只是人體複雜程序的一小步。以DNA來說,其雙股螺旋結構就存在顯著的氫鍵吸引作用才得以穩固結構
DNA鹼基對之間的氫鍵吸引作用:


值得注意的是這些鹼基對是具有互補性質的,腺嘌呤(A)必定和胸腺嘧啶(T)配對,胞嘧啶(C)必定和鳥糞嘌呤(G)配對。
這種互補性質就是個很好的分子辨識例子。DNA的兩股並非相同,而是互補。只要知道了其中一股的序列,就可以歸論出另一股的內容,甚至據此製造出另一股。有了這個模型,DNA自我複製的方式就一目了然。
超分子化學(Supramolecular Chemistry)
德國生化學家費雪( Emil Fischer, 1852-1919合成多種重要的醣類與嘌呤,1902年諾貝爾化學獎得主)首先在1894年提出Lock and Key的觀念,用來比喻分子間的互動關係,由小分子形狀互補而組成的大分子,稱為超分子,而研究這類分子的形成與行為的學科,稱作超分子化學。
並不是所有的大分子都可歸類為超分子。一般所說的大分子,內部是由結合力很強的共價鍵互相連結而成,超分子則是組成分子之間藉由氫鍵結合,必要時還可以分開,例如鹼基互補配對而形成的雙股DNA分子,還有酵素與受質的交互作用都是這種情形。
以生物現象來說,主體分子通常稱為「受體」(receptor),而客體分子則是「受質」(substrate)。
辨識分子之種類有以下幾種,各舉一種代表性分子為例:
1.分子鉛筆盒(molecular baskets)
2.索套皇冠醚(Lariat Crown Ethers)
3.分子夾鉗(Molecular Tweezers)

4.分子機械(Molecular Machines)
5.球形物(Spherands)

6.分子膠囊(Molecular Capsules)

7.芳杯(杯芳烃Calixarenes)

8.沸石(無機類具有孔洞與管道之分子)
以鍾教授實驗室為例,主要的研究方向包含了主客化學。主客化學的定義由Donald Cram(1986年諾貝爾化學獎得主之ㄧ)提出,又稱為分子辨識(Molecular Recognition)。主要探討分子錯合物(Molecular complexes)透過氫鍵、凡德瓦爾力、離子交互作用力的行為與和金屬離子的結合現象。
研究的內容則有感測器的研究。感測器的原理是由螢光核心(主體)與離子核心(客體)結合,使得螢光核心的螢光特性發生轉變,進而透過儀器可觀察而得知客體的存在。
以下是可以偵測汞離子的芳杯化合物:

透過對於芳杯化合物進行官能基團的修飾,我們可以得到各種不同靈敏度的主體,進而推廣到不同的應用層面上。像是對於微量重金屬的偵測,生物顯影等。這些都是未來的研究可能。
(全文完)整理者:許立。
化學生物與生物分析(0)
