Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте обнаружили, что небольшое количество органического аниона (иона с отрицательным зарядом), помещенного в раствор с полимерными цепочками запускает формирование больших и сложных молекул. Это открытие объясняет, как формируются многие элементы живых клеток, в том числе самосборку отдельных безмембранных органелл.
Ученые полагали, что заряженные полимерные цепи состоят из более мелких однородно заряженных звеньев. Такие цепи, называемые полиэлектролитами. Они хорошо изучены и проявляют предсказуемый характер самоорганизации. Например, в воде они будут отталкивать друг друга, потому что объекты с одинаковым зарядом не любят находиться близко друг к другу. Если вы добавите соль в воду, содержащую полиэлектролиты, молекулы свернутся в спираль, потому что электрическое отталкивание цепей экранируется солью.
В новой работе ученые показали, что если в том же растворе будет находиться небольшое количество органических анионов (частиц с отрицательным зарядом), то вся система изменится. Добавление таких элементов приводит к формированию диполей.
Притяжение между диполями нескольких макромолекул приводит к их сборкам в сложные структуры. Изображение: Shibananda Das
В отличии от других молекул, которые могут иметь или положительный, или отрицательный заряд, у диполей есть оба. Это означает, что полимеры, состоящие из диполей, ведут себя совершенно иначе, чем более привычные полиэлектролиты, объясняют ученые. Эксперименты показали, что они расширяются в солевом растворе и могут образовывать поперечные связи с другими дипольными полимерными цепями, что затем приводит к образованию сложных конструкций.
Ученые показали, что диполярные полимеры способны образовывать сложные саморегулирующиеся структуры, которые можно использовать во всем, от систем доставки лекарств до полимеров нового поколения. Исследователи полагают, что эти молекулы играют ключевую роль почти во всех процессах биологической сборки, таких, например, как спонтанное рождение безмембранных органелл внутри клеток.
Значение открытия того, что диполи управляют сборкой полимеров, огромно, потому что оно проливает свет на одну из фундаментальных тайн жизненных процессов: на то, как биологические материалы умеют самособираться в когерентные, стабильные конструкции.
Муругаппан Мутукумар, профессор Массачусетского университета в Амхерсте и соавтор работы
