Chemia systemów - Systems chemistry
Chemia systemów to nauka zajmująca się badaniem sieci oddziałujących cząsteczek w celu tworzenia nowych funkcji z zestawu (lub biblioteki) cząsteczek o różnych poziomach hierarchii i pojawiających się właściwościach.
Chemia systemów jest również związana z pochodzeniem życia ( abiogeneza )
Relacje z biologią systemów
Chemia systemów jest stosunkowo młodą dziedziną chemii , w której nacisk nie kładzie się na poszczególne składniki chemiczne, ale raczej na ogólną sieć oddziałujących cząsteczek i ich pojawiające się właściwości. Stąd łączy w sobie klasyczną wiedzę chemiczną (budowa, reakcje i interakcje cząsteczek) z podejściem systemowym inspirowanym biologią systemów i nauką o systemach .
Przykłady
Dynamiczna chemia kombinatoryczna została wykorzystana jako metoda opracowywania ligandów dla biocząsteczek i receptorów dla małych cząsteczek.
Ligandy, które mogą rozpoznawać biocząsteczki, są identyfikowane poprzez przygotowanie bibliotek potencjalnych ligandów w obecności docelowej biomakrocząsteczki. Ma to znaczenie dla zastosowań jako bioczujniki do szybkiego monitorowania zaburzeń równowagi i chorób oraz środków terapeutycznych.
Poszczególne składniki pewnego układu chemicznego będą się samoistnie gromadzić, tworząc receptory, które są komplementarne z cząsteczką docelową. W zasadzie preferowani członkowie biblioteki zostaną wybrani i wzmocnieni w oparciu o najsilniejsze interakcje między szablonem a produktami.
Sieci molekularne i równowaga
Istnieje zasadnicza różnica między chemią, która jest wykonywana w większości laboratoriów, a chemią występującą w życiu. Procesy laboratoryjne są najczęściej projektowane w taki sposób, że (zamknięty) system schodzi termodynamicznie w dół; tj. stan produktu ma niższą energię swobodną Gibbsa , dając stabilne cząsteczki, które można izolować i przechowywać. Jednak chemia życia działa w zupełnie inny sposób: większość cząsteczek, z których zbudowane są żywe systemy, jest obracanych w sposób ciągły i niekoniecznie jest stabilna termodynamicznie. Niemniej jednak żywe systemy mogą być stabilne, ale w sensie homeostatycznym . Takie systemy homeostatyczne (otwarte) są dalekie od równowagi i rozpraszają się: potrzebują energii, aby się utrzymać. W układach kontrolowanych przez rozpraszanie ciągłe dostarczanie energii umożliwia ciągłe przechodzenie między różnymi stanami supramolekularnymi, w których można odkryć układy o nieoczekiwanych właściwościach. Jednym z największych wyzwań chemii systemów jest odkrycie złożonych sieci reakcji , w których cząsteczki stale zużywają energię do wykonywania określonych funkcji.
Historia
Chociaż reakcje wieloskładnikowe były badane od wieków, pomysł celowego analizowania mieszanin i sieci reakcyjnych jest nowszy. Pierwsze wzmianki o chemii systemów jako dziedzinie pochodzą z 2005 roku. Pierwsi użytkownicy skupili się na chemii prebiotycznej połączonej z chemią supramolekularną , zanim została ona uogólniona do badania nowych właściwości i funkcji wszelkich złożonych układów molekularnych. W przeglądzie z 2017 roku w dziedzinie chemii systemów opisano stan wiedzy jako samoorganizację poza stanem równowagi, napędzany ruch molekularny, sieci chemiczne w przedziałach i reakcje oscylacyjne.