Системная химия
Системная химия — это наука об изучении сетей взаимодействующих молекул с целью создания новых функций из набора (или библиотеки) молекул с разными иерархическими уровнями и возникающими свойствами. [1] [2]
Системная химия также связана с возникновением жизни ( абиогенезом ). [3]
к системной Отношения биологии
Системная химия — относительно молодая отрасль химии , в которой основное внимание уделяется не отдельным химическим компонентам, а всей сети взаимодействующих молекул и их возникающим свойствам. Таким образом, он сочетает в себе классические знания химии (структуру, реакции и взаимодействия молекул) с системным подходом, вдохновленным системной биологией и системной наукой .
Примеры [ править ]
Динамическая комбинаторная химия использовалась как метод разработки лигандов для биомолекул и рецепторов для малых молекул. [4]
Лиганды , способные узнавать биомолекулы, идентифицируются путем подготовки библиотек потенциальных лигандов в присутствии целевой биомакромолекулы. Это актуально для применения в качестве биосенсоров для быстрого мониторинга дисбалансов и заболеваний, а также терапевтических средств. [5]
Отдельные компоненты определенной химической системы самособираются с образованием рецепторов, комплементарных молекуле-мишени. В принципе, предпочтительные члены библиотеки будут выбраны и расширены на основе наиболее сильного взаимодействия между шаблоном и продуктами. [6]
сети равновесие и Молекулярные
Существует фундаментальное различие между химией в том виде, в каком она проводится в большинстве лабораторий, и химией в том виде, в котором она происходит в жизни. Лабораторные процессы в основном спроектированы таким образом, что (закрытая) система термодинамически ухудшается; т.е. состояние продукта имеет более низкую свободную энергию Гиббса , что дает стабильные молекулы, которые можно изолировать и хранить. Однако химия жизни действует совсем по-другому: большинство молекул, из которых состоят живые системы, постоянно обновляются и не обязательно термодинамически стабильны. Тем не менее живые системы могут быть стабильными, но в гомеостатическом смысле. Такие гомеостатические (открытые) системы далеки от равновесия и диссипативны: для поддержания себя им необходима энергия. В системах с диссипативным управлением непрерывная подача энергии обеспечивает непрерывный переход между различными супрамолекулярными состояниями, где могут быть обнаружены системы с неожиданными свойствами. Одна из главных задач системной химии — раскрыть сети сложных реакций. , где молекулы непрерывно потребляют энергию для выполнения определенных функций.
История [ править ]
Хотя многокомпонентные реакции изучались на протяжении веков, идея целенаправленного анализа смесей и реакционных сетей возникла сравнительно недавно. Первые упоминания о системной химии как области науки относятся к 2005 году. [7] [8] Первые последователи сосредоточились на химии пребиотиков в сочетании с супрамолекулярной химией , прежде чем она была обобщена для изучения возникающих свойств и функций любых сложных молекулярных систем. Обзор 2017 года в области системной химии [9] описал состояние техники как неравновесную самосборку, усиленное молекулярное движение, химические сети в отсеках и колебательные реакции.
Ссылки [ править ]
- ^ Садовник; Отто (2014). «Системная химия». Энциклопедия астробиологии . стр. 1–3. дои : 10.1007/978-3-642-27833-4_1095-2 . ISBN 978-3-642-27833-4 .
- ^ «Центр системной химии» . Университет Гронингена . 27 октября 2011 года . Проверено 26 октября 2017 г.
- ^ Кедровский; Отто; Хердевейн (2010). «Добро пожаловать домой, химики-системотехники!» . Журнал системной химии . 1 : 1. дои : 10.1186/1759-2208-1-1 .
- ^ Ли; Новак; Отто (2013). «Динамические комбинаторные библиотеки: от изучения молекулярного распознавания до системной химии». Дж. Ам. хим. Соц . 135 (25): 9222–9239. дои : 10.1021/ja402586c . ПМИД 23731408 .
- ^ Верма; Ротелло (2005). «Поверхностное распознавание биомакромолекул с использованием рецепторов наночастиц». хим. Комм . 3 (3): 303–312. дои : 10.1039/b410889b . ПМИД 15645020 .
- ^ Ладлоу; Отто (2008). «Системная химия» . хим. Соц. Преподобный . 37 (1): 101–108. дои : 10.1039/B611921M . ПМИД 18197336 .
- ^ Станкевич; Экардт (2006). «Хембиогенез 2005 и семинар по системной химии». Энджью. хим. Межд. Эд . 45 (3): 324–344. дои : 10.1002/anie.200504139 .
- ^ Киндерманн; Шталь; Реймольд; Панкау; Кедровски (2005). «Системная химия: кинетический и вычислительный анализ почти экспоненциального органического репликатора». Энджью. Хим . 117 (41): 6908–6913. дои : 10.1002/ange.200501527 .
- ^ Ашкенаси; Германс; Отто; Тейлор (2017). «Системная химия» . хим. Соц. Преподобный . 46 (9): 2543–2554. дои : 10.1039/c7cs00117g . ПМИД 28418049 . S2CID 3731417 .