91视频

Det finns flera f枚rdelar med att angripa kemiska problem p氓 detta s盲tt. Exempelvis bidrar teoretiska studier med tydliga kvantitativa m氓tt p氓 de kemiska egenskaper man 枚nskar unders枚ka, samtidigt som de i mindre utstr盲ckning 盲n experimentella studier begr盲nsas av praktiska faktorer s氓som kostnader och tillg氓ng till utrustning.

Precis som olika experimentella tekniker 盲r b盲st l盲mpade f枚r att l枚sa olika kemiska problem har metoderna inom f盲ltet specifika egenskaper som g枚r dem mer eller mindre till盲mpbara f枚r en given fr氓gest盲llning. Metoderna utvecklas i regel ur en grundl盲ggande fysikalisk teori, som oms盲tts i ekvationer. Dessa ekvationer 盲r oftast alltf枚r komplicerade f枚r att direkt kunna l枚sas med papper och penna, varf枚r man ist盲llet anv盲nder datorer och l枚ser dem numeriskt med hj盲lp av datorprogram. De enorma framsteg som gjorts inom f盲ltet under de senaste 氓rtiondena kan till stor del tillskrivas den dramatiska utvecklingen inom IT-omr氓det under samma period.

I v氓r egen forskning inom f盲ltet intresserar vi oss fr盲mst f枚r fr氓gest盲llningar inom fotokemi, med speciellt fokus p氓 molekyl盲ra maskiner, fotokemiska reaktionsmekanismer, fotosensoriska proteiner, molekyl盲ra egenskaper och enzymkatalys.

Molekyl盲ra maskiner

Molekyl盲ra motorer 盲r molekyler som p氓 ett kontrollerat s盲tt omvandlar energi fr氓n en yttre k盲lla till riktad mekanisk r枚relse s氓som rotation kring en kemisk bindning. Om vi g枚r en analogi med en vanlig bilmotor 盲r den tillf枚rda energin motorns br盲nsle och rotationen den r枚relse som erh氓lls d氓 br盲nslet oms盲tts. Att konstruera och f枚r praktiska 盲ndam氓l anv盲nda motorer av molekyl盲r storlek 盲r dock f枚rknippat med stora utmaningar. Trots det utg枚r f盲ltet en starkt v盲xande gren av nanotekniken inom vilket avsev盲rda landvinningar gjorts under senare 氓r. Som illustration kan n盲mnas att det numer finns ett flertal molekyl盲ra motorer som klarar av att rotera miljontals varv per sekund n盲r de "simmar" fritt i ett kemiskt l枚sningsmedel, och att vissa av dem visat sig kunna rotera mikrometerstora objekt fullt synliga f枚r det m盲nskliga 枚gat. Det r氓der allts氓 inget tvivel om att dessa system verkligen har potential f枚r konkreta, tekniska till盲mpningar.

F枚r att fullt ut f枚rverkliga denna potential och effektivt utnyttja molekyl盲ra motorer som kraftk盲llor i olika sammanhang, 盲r det emellertid n枚dv盲ndigt att dels kontinuerligt utveckla nya motorer med b盲ttre prestanda, dels hitta nya s盲tt att integrera motorerna i de system som skall tillhandah氓lla den 枚nskade funktionen. I det senare fallet kan det exempelvis r枚ra sig om motorer som skall driva s.k. nanobilar f枚r kontrollerad transport av molekyler l盲ngs ytor. Den stora utmaningen 盲r att bibeh氓lla motorernas l枚sningsmedelsprestanda 盲ven n盲r de samspelar med 枚vriga komponenter i systemet. I v氓r forskning arbetar vi med ovanst氓ende fr氓gest盲llningar genom att anv盲nda ett brett spektrum av metoder inom teoretisk kemi, fr氓n kvantkemiska ber盲kningar till molekyldynamiksimuleringar i elektroniskt exciterade tillst氓nd.

Fotokemiska reaktionsmekanismer

Vi utforskar fotokemiska reaktionsmekanismer inom organisk kemi och biokemi. Medan en "vanlig" kemisk reaktion induceras av v盲rme och involverar molekyler vars elektroniska energier 盲r s氓 l氓ga som m枚jligt (molekylerna befinner sig i grundtillst氓ndet), s氓 startas en fotokemisk reaktion genom upptag av ljusenergi och involverar molekyler som under delar av reaktionen befinner sig i ett exciterat tillst氓nd med h枚gre elektronisk energi 盲n grundtillst氓ndet. I v氓r forskning klarg枚r vi i detalj, p氓 atom盲r och elektronisk niv氓, exakt hur fotokemiska reaktioner sker genom att modellera m枚jliga reaktionsv盲gar och tillst氓nd med kvantkemiska metoder och molekyldynamiksimuleringar.

Fotosensoriska proteiner

Fotosensoriska proteiner 盲r ljusk盲nsliga proteiner som fungerar som en slags signalsystem och finns i alla organismer, fr氓n bakterier till d盲ggdjur. Deras uppgift 盲r att k盲nna av ljuset i omgivningen, och sedan oms盲tta ett fysiologiskt gensvar som st氓r i l盲mplig proportion till r氓dande ljusf枚rh氓llanden. Ett klassiskt exempel p氓 detta fenomen 盲r v盲xters v氓rblomning, som sker f枚rst n盲r dagsljuset 盲r tillr盲ckligt starkt och l氓ngvarigt. En huvudtyp av fotosensoriska proteiner som vi speciellt intresserar oss f枚r 盲r s.k. fytokromer, som 盲r aktiva i det r枚da v氓gl盲ngdsomr氓det och bl.a. f枚rekommer i just v盲xter.

V氓r forskning kring fytokromer har tv氓 huvudsyften och baseras p氓 en ber盲kningsmetodik (QM/MM) som kombinerar kvantmekanik och klassisk mekanik p氓 ett s氓dant s盲tt att proteiner best氓ende av tusentals atomer kan beskrivas med samma tillf枚rlitlighet (och till samma kostnad vad g盲ller erforderliga datorresurser!) som kvantmekanik beskriver sm氓 molekyler. Det f枚rsta syftet 盲r att tillhandah氓lla en detaljerad beskrivning av den flerstegsmekanism varmed fytokromer 枚verg氓r fr氓n ett inaktivt till ett aktivt tillst氓nd n盲r de absorberar ljus, vilket 盲r det absoluta nyckelsteget f枚r att verkligen f枚rst氓 hur fytokromer fungerar. Det andra syftet, av mer till盲mpad natur, 盲r att identifiera exakt hur fytokromer kan f氓s att fluorescera (uts枚ndra ljus) inom det n盲ra-infrar枚da v氓gl盲ngdsomr氓det, vilket 盲r av stor betydelse f枚r den biomedicinska anv盲ndningen av protein-baserad fluorescensavbildning.

Protein-baserad fluorescensavbildning 盲r en teknik som bygger p氓 proteiners f枚rm氓ga att fluorescera efter att de blivit belysta och som g枚r det m枚jligt att visualisera biologiska och medicinska f枚rlopp i levande celler. Denna teknik har revolutionerat livsvetenskaperna och bel枚nades med 2008 氓rs Nobelpris i kemi. Det f枚rsta proteinet som anv盲ndes f枚r detta 盲ndam氓l kallas f枚r GFP och f枚rekommer naturligt i maneter. 脛ven om detta Gr枚n-Fluorescerande-Protein numer kompletterats med biokemiskt modifierade varianter som kan uts枚ndra ljus av n盲stan alla v氓gl盲ngder inom det synliga omr氓det, 盲r det av stort intresse att utveckla nya fluorescerande proteiner som snarare uts枚ndrar n盲ra-infrar枚tt ljus av l盲ngre v氓gl盲ngd. Anledningen till detta 盲r att n盲ra-infrar枚tt ljus 盲r mycket b盲ttre p氓 att penetrera m盲nsklig v盲vnad. D盲rigenom kan s氓dana proteiner anv盲ndas f枚r att t.ex. lokalisera djupliggande tum枚rer, vilket inte alls 盲r m枚jligt med GFP-liknande proteiner. Under de senaste 氓ren har det visat sig att de mest lovande proteinerna att utg氓 fr氓n i utvecklingen av n盲ra-infrar枚tt-fluorescerande proteiner 盲r just fytokromer. Den huvudsakliga st枚testenen 盲r dock att det 盲r sv氓rt att f氓 fytokromer att fluorescera starkt nog. I v氓r forskning unders枚ker vi d盲rf枚r vilka strukturella proteinf枚r盲ndringar som erfordras f枚r att 枚ka styrkan i fluorescensen hos fytokromer.

Molekyl盲ra egenskaper

Vi unders枚ker hur spektroskopiska egenskaper hos organiska och oorganiska kromoforer (ljusabsorberande molekyler) bidrar med kemisk funktionalitet 氓t de biologiska system (ofta proteiner) i vilka kromoforerna f枚rekommer. De kemiska funktionaliteterna av intresse inkluderar bl.a. f盲rg och f枚rm氓ga att utf枚ra kemiska reaktioner. Som exempel p氓 denna forskning har vi nyligen lyckats l枚sa ett klassiskt problem i biologi r枚rande humrars m枚rkbl氓 f盲rg. N盲rmare best盲mt s氓 har vi f枚rklarat hur humrar med hj盲lp av ett distinkt r枚dorange pigment antar en ur kamouflageh盲nseende mer l盲mplig m枚rkbl氓 f盲rg. Intressant nog kan l枚sningen p氓 detta problem 盲ven anv盲ndas f枚r att聽f枚rklara varf枚r humrar skiftar f盲rg fr氓n m枚rkbl氓tt till oranger枚tt n盲r de kokas!