莫斯科国立大学的化学家创造了一种超快分子引

作者：张馨予

密歇根州立大学的科学家与来自丹麦的同事一起开发了一种新的超快分子发动机。它的基础是在光的影响下在活细胞的蛋白质中发生的化学过程。

光驱动的生化反应是自然界已知最快和最有效的反应之一。这些过程包括光异构化——在光的作用下发生的分子几何结构的变化。他们在莫斯科州立大学表示，在蛋白质中，光异构化发生在数百飞秒内，因此被认为是最难研究的过程。

“在我们的工作中，我们研究了视紫红质家族蛋白质的光异构化，”莫斯科国立大学化学系研究生、该研究的合著者 Pavel Kusochek 说。– 视紫红质存在于我们的视觉细胞、眼睛的视锥细胞和视杆细胞中。在细菌中，它们是细胞膜的一部分并执行各种功能，其中最重要的是离子跨膜运输。

该过程从视紫红质的光异构化开始，视紫红质是一种分子，是视紫红质活性中心的一部分。在视黄醛旁边是带电荷的氨基酸残基，它们创造了它的蛋白质环境。科学家们试图确定蛋白质环境如何帮助视网膜光异构化，并发现一些视网膜分子在吸收光后不会发生异构化，而是恢复到原来的状态。造成这种现象的原因之一可能是视紫红质活性中心的几何形状不同，即视黄醛的位置不同以及与氨基酸残基的距离不同。

“使用高精度量子化学方法，我们看到具有不同活性中心结构的分子对光的作用有不同的反应，”莫斯科州立大学化学学院物理化学系量子光动力学实验室负责人 Anastasia Bochenkova 说大学，该作品的合著者。“更扭曲的视黄醛结构最有效地异构化。”

莫斯科国立大学的化学家与丹麦同事一起对视黄醛进行了化学修饰，使其在孤立状态下的异构化速度与在蛋白质环境中一样快。化学学院的学生，该研究的共同作者 Adil Kabylda 解释说，这种修饰在光异构化过程中具有单向旋转，两个光子的串联吸收导致分子非常快速地旋转。

这项工作为创造一种新的超快分子马达——利用光能在纳米尺度上进行机械工作的分子——铺平了道路。