El autoensamblaje molecular es el proceso mediante el cual las moléculas adoptan una disposición definida sin guía o manejo de una fuente externa. Hay dos tipos de autoensamblaje . Estos son el autoensamblaje intramolecular y el autoensamblaje intermolecular . Comúnmente, el término autoensamblaje molecular se refiere al autoensamblaje intermolecular, mientras que el análogo intramolecular se denomina más comúnmente plegamiento .
Sistemas supramoleculares
El autoensamblaje molecular es un concepto clave en la química supramolecular . [6] [7] [8] Esto se debe a que el ensamblaje de moléculas en dichos sistemas se dirige a través de interacciones no covalentes (p. Ej., Enlaces de hidrógeno , coordinación de metales, fuerzas hidrófobas , fuerzas de van der Waals , interacciones de apilamiento de pi y / o electrostática) así como interacciones electromagnéticas. Los ejemplos comunes incluyen la formación de coloides , condensados biomoleculares , micelas , vesículas , fases de cristal líquido y monocapas de Langmuir por moléculas de tensioactivo . [9] Otros ejemplos de ensamblajes supramoleculares demuestran que se puede obtener una variedad de formas y tamaños diferentes utilizando el autoensamblaje molecular. [10]
El autoensamblaje molecular permite la construcción de topologías moleculares desafiantes . Un ejemplo son los anillos borromeos , anillos entrelazados en los que la extracción de un anillo desbloquea cada uno de los otros anillos. El ADN se ha utilizado para preparar un análogo molecular de los anillos de Borromeo . [11] Más recientemente, se ha preparado una estructura similar utilizando bloques de construcción no biológicos. [12]
Sistemas biologicos
El autoensamblaje molecular subyace en la construcción de ensamblajes macromoleculares biológicos y condensados biomoleculares en organismos vivos, por lo que es crucial para la función de las células . Se exhibe en el autoensamblaje de lípidos para formar la membrana , la formación de ADN de doble hélice a través del enlace de hidrógeno de las hebras individuales y el ensamblaje de proteínas para formar estructuras cuaternarias . El autoensamblaje molecular de proteínas plegadas incorrectamente en fibras amiloides insolubles es responsable de enfermedades neurodegenerativas infecciosas relacionadas con priones . El autoensamblaje molecular de estructuras a nanoescala juega un papel en el crecimiento de las notables estructuras de laminillas / setas / espátulas de β-queratina utilizadas para dar a los geckos la capacidad de trepar paredes y adherirse a techos y salientes rocosos . [13] [14]
Multímeros proteicos
Cuando múltiples copias de un polipéptido codificado por un gen se autoensamblan para formar un complejo, esta estructura de proteína se denomina multímero. [15] Los genes que codifican polipéptidos formadores de multímeros parecen ser comunes. Cuando un multímero se forma a partir de polipéptidos producidos por dos alelos mutantes diferentes de un gen particular, el multímero mixto puede exhibir una mayor actividad funcional que los multímeros sin mezclar formados por cada uno de los mutantes solo. En tal caso, el fenómeno se denomina complementación intragénica . [16] Jehle [17] señaló que, cuando se sumerge en un líquido y se entremezcla con otras moléculas, las fuerzas de fluctuación de carga favorecen la asociación de moléculas idénticas como vecinas más cercanas.
Nanotecnología
El autoensamblaje molecular es un aspecto importante de los enfoques ascendentes de la nanotecnología . Usando el autoensamblaje molecular, la estructura final (deseada) se programa en la forma y los grupos funcionales de las moléculas. El autoensamblaje se conoce como una técnica de fabricación "de abajo hacia arriba" en contraste con una técnica de "arriba hacia abajo", como la litografía, en la que la estructura final deseada se talla a partir de un bloque de materia más grande. En la visión especulativa de la nanotecnología molecular , los microchips del futuro podrían fabricarse mediante el autoensamblaje molecular. Una ventaja de construir nanoestructuras mediante el autoensamblaje molecular de materiales biológicos es que se degradarán nuevamente en moléculas individuales que el cuerpo puede descomponer.
Nanotecnología de ADN
La nanotecnología de ADN es un área de investigación actual que utiliza el enfoque de autoensamblaje ascendente para los objetivos nanotecnológicos. La nanotecnología del ADN utiliza las propiedades únicas de reconocimiento molecular del ADN y otros ácidos nucleicos para crear complejos de ADN ramificado autoensamblados con propiedades útiles. [18] Por lo tanto, el ADN se utiliza como material estructural en lugar de como portador de información biológica, para hacer estructuras como retículas complejas en 2D y 3D (tanto basadas en mosaicos como utilizando el método de " origami de ADN ") y tridimensionales. estructuras en forma de poliedros . [19] Estas estructuras de ADN también se han utilizado como plantillas en el ensamblaje de otras moléculas, como nanopartículas de oro [20] y proteínas de estreptavidina . [21]
Monocapas bidimensionales
El ensamblaje espontáneo de una sola capa de moléculas en las interfaces se suele denominar autoensamblaje bidimensional. Uno de los ejemplos comunes de tales ensamblajes son las monocapas y multicapas de tensioactivos de Langmuir-Blodgett . Las moléculas no tensioactivas también pueden ensamblarse en estructuras ordenadas. Las primeras pruebas directas que muestran que las moléculas no tensioactivas pueden ensamblarse en arquitecturas de orden superior en interfaces sólidas llegaron con el desarrollo de la microscopía de túnel de barrido y poco después. [22] Finalmente, dos estrategias se hicieron populares para el autoensamblaje de arquitecturas 2D, a saber, el autoensamblaje después de la deposición en vacío ultra alto y el recocido y el autoensamblaje en la interfaz sólido-líquido. [23] El diseño de moléculas y condiciones que conducen a la formación de arquitecturas altamente cristalinas se considera hoy una forma de ingeniería de cristales 2D a escala nanoscópica .
Ver también
- Montaje supramolecular
- Foldamer
- Montaje macromolecular
- Hielo nueve
- Autoensamblaje de nanopartículas
Referencias
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Los pies y los dedos de los pies del gecko son un sistema jerárquico de estructuras complejas que constan de laminillas, setas y espátulas. Las características distintivas del sistema de adhesión del gecko se han descrito [como] (1) unión anisotrópica, (2) alta relación de fuerza de extracción a precarga , (3) baja fuerza de desprendimiento, (4) independencia del material, (5) autolimpiante, (6) antiadherente y (7) estado predeterminado no pegajoso ... Las estructuras adhesivas del gecko están hechas de ß- queratina (módulo de elasticidad [aprox.] 2 GPa). Un material tan rígido no es intrínsecamente pegajoso; sin embargo, debido a la naturaleza jerárquica del adhesivo gecko y las características distales extremadamente pequeñas (las espátulas tienen un tamaño de [aprox.] 200 nm), El pie del gecko puede adaptarse íntimamente a la superficie y generar una atracción significativa utilizando las fuerzas de van der Waals .
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