化学：酵素的制御下における酸化還元による自律的な方向性C–C結合回転

生体系は、化学反応ネットワークの連続的作用に依存している。こうしたネットワークは、化学エネルギーが、制御された機械的な仕事や運動に継続的に変換される、平衡から外れた領域を維持している。また、平衡から外れた反応ネットワークは、自律的に動作する人工分子マシンの設計と開発の成功も可能にした。そうしたマシンでは、形式的に（しかし非微視的に）逆向きの反応経路の対からなるネットワークが、制御された分子レベルの運動を駆動する。生体系では、酵素やその補因子の化学選択性によって複数の反応経路が同時に機能することが可能になっており、自然界の散逸的反応ネットワークは複数種類の反応を伴っている。対照的に、人工分子マシンを求めて化学反応ネットワークを開発するために利用されてきた反応性は、1種類の反応に限られている。化学燃料で動作する制御された分子レベルの連続運動を示すのは少数の人工系だけで、その全てが、同じ種類のアシル化–加水分解反応を利用している。今回我々は、アキラルなビフェニルに基づく単純な構造の人工分子モーターにおいて、同時酸化還元経路からなるレドックス反応ネットワークが、化学燃料によるC–C結合周りの自律的連続一方向運動を駆動できることを示す。燃料としての酸化剤と還元剤の併用とモーターの方向性はいずれも、酵素触媒反応に固有の反応性のエナンチオ選択性と機能分離を用いることで可能になっている。

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