Synthetisch polymeer en biopolymeer gedragen zich hetzelfde

Synthetische polymeren en biopolymeren, zoals DNA, gebruiken precies dezelfde truc om zichzelf door een ringvormig molecuul te wurmen. Ze grijpen zichzelf vast aan de buitenkant en zoeken vervolgens met het uiteinde van hun moleculaire ‘staart’ naar het gaatje, zo schrijven Nijmeegse onderzoekers deze week in Science.

De publicatie valt toevallig samen met een symposium, dat deze week in Nijmegen werd gehouden ter ere van mede-auteur Roeland Nolte en waar de internationale top op het gebied van de supramoleculaire chemie acte de presence gaf.

Nolte en zijn collega Alan Rowan beschreven de synthetische versie, een zogeheten rotaxaan, vijf jaar geleden voor het eerst. Deze bestaat uit een organische ‘kraal’ die om een polymeerketen heen zit. Een katalysator aan de binnenkant van de kraal bleek de keten chemisch te kunnen wijzigen. Maar onbekend was hoe die kraal er in slaagt om zichzelf op de keten te schuiven.

Promovendus Alexander Deutman is er nu in geslaagd om dat mechanisme te achterhalen. Hij werkte met polymeerketens van verschillende lengte, met aan één uiteinde een verdikking die niet door de kraal kon. Een fluorescerend label, dat uitdoofde zodra de kraal op zijn plek zat, gaf aan hoe snel het assemblageproces verliep.

De langste ketens bleken het snelste door de kraal heen te komen. Dat kon alleen maar betekenen dat de ketens niet op de bonnefooi naar het gat zochten maar dat er een ander mechanisme aan het werk was.

Deutman heeft zich nog even afgevraagd of de keten zichzelf dubbelvouwde, op de manier waarom je een draad vouwt om hem door het oog van een naald te kunnen steken. Maar daar was het gat te klein voor.

De verklaring die overbleef was dat de keten zich eerst bindt aan de buitenkant van de kraal. Vervolgens buigt het uiteinde zichzelf om, en dan is de kans vrij groot dat het in het gat terecht komt. Een korte keten heeft hier meer moeite mee dan een lange, omdat hij minder flexibel is.

Dat bepaalde biopolymeren deze truc gebruiken, bijvoorbeeld om door celmembranen te dringen, is al veel langer bekend. Maar het is voor het eerst dat dit gedrag bij een synthetisch molecuul is waargenomen.

bron: Radboud Universiteit