システム化学
システム化学は、相互作用する分子のネットワークを研究し、異なる階層レベルと創発特性を持つ分子の集合（またはライブラリ）から新しい機能を作り出す科学です。 [ 1 ] [ 2 ]
システム化学は生命の起源（アビオジェネシス）にも関連している。[ 3 ]
システム生物学との関係
システム化学は化学の比較的新しい分野であり、個々の化学成分ではなく、相互作用する分子のネットワーク全体とその創発特性に焦点を当てています。したがって、システム化学は、化学の古典的な知識（分子の構造、反応、相互作用）と、システム生物学およびシステム科学に着想を得たシステムアプローチを融合しています。
例
動的コンビナトリアルケミストリーは、生体分子のリガンドや小分子の受容体を開発する方法として利用されてきた。[ 4 ]
標的生体高分子の存在下で、潜在的なリガンドのライブラリーを調製することにより、生体分子を認識できるリガンドが同定されています。これは、不均衡や疾患の迅速なモニタリング、あるいは治療薬の開発のためのバイオセンサーへの応用に重要です。 [ 5 ]
特定の化学システムの個々の構成要素は自己組織化して、標的分子と相補的な受容体を形成します。原則として、テンプレートと生成物との間の最も強い相互作用に基づいて、好ましいライブラリメンバーが選択され、増幅されます。[ 6 ]
分子ネットワークと平衡
ほとんどの研究室で行われている化学と人生で起こる化学の間には根本的な違いがあります。研究室のプロセスは主に、（閉鎖）システムが熱力学的に下り坂になるように設計されています。つまり、生成物の状態はギブスの自由エネルギーが低くなり、分離して保管できる安定した分子が生成されます。しかし、生命の化学は全く異なる方法で作用します。生体システムを構成するほとんどの分子は継続的に入れ替わり、必ずしも熱力学的に安定しているわけではありません。それでも、生体システムは安定している可能性がありますが、それは恒常性の意味での安定です。このような恒常的な（開放）システムは平衡から遠く離れており、散逸的です。つまり、自己維持にエネルギーが必要です。散逸制御されたシステムでは、エネルギーが継続的に供給されるため、異なる超分子状態間での連続的な遷移が可能になり、予期しない特性を持つシステムが発見される場合があります。システム化学の大きな課題の 1 つは、分子が特定の機能を実行するために継続的にエネルギーを消費する複雑な反応ネットワークを解明することです。
歴史
多成分反応は数世紀にわたって研究されてきましたが、混合物や反応ネットワークを意図的に分析するという発想は比較的最近のものです。システム化学という分野が初めて言及されたのは2005年のことです。 [ 7 ] [ 8 ]初期の研究者たちは、超分子化学と組み合わせたプレバイオティクス化学に焦点を当て、それが複雑な分子システムの創発特性や機能の研究に一般化される前に研究を進めました。2017年のシステム化学分野のレビュー[ 9 ]では、最先端の研究として、非平衡自己組織化、燃料分子運動、区画内の化学ネットワーク、振動反応が挙げられています。
参考文献
- ^ Sadownik; Otto (2014). 「システム化学」.宇宙生物学百科事典. pp. 1– 3. doi : 10.1007/978-3-642-27833-4_1095-2 . ISBN 978-3-642-27833-4。
- ^ 「システム化学センター」フローニンゲン大学2011年10月27日. 2017年10月26日閲覧。
- ^ Kiedrowski; Otto; Herdewijn (2010). 「システム化学者の皆さん、ようこそ！」 .システム化学ジャーナル. 1 : 1. doi : 10.1186/1759-2208-1-1 .
- ^ Li; Nowak; Otto (2013). 「ダイナミックコンビナトリアルライブラリー：分子認識の探究からシステム化学へ」J. Am. Chem. Soc . 135 (25): 9222– 9239. Bibcode : 2013JAChS.135.9222L . doi : 10.1021/ja402586c . PMID 23731408 .
- ^ Verma; Rotello (2005). 「ナノ粒子受容体を用いた生体高分子の表面認識」. Chem. Comm . 3 (3): 303– 312. doi : 10.1039/b410889b . PMID 15645020 .
- ^ Ludlow; Otto (2008). 「システム化学」 . Chem. Soc. Rev. 37 ( 1): 101– 108. doi : 10.1039/B611921M . PMID 18197336 .
- ^ Stankiewicz; Eckardt (2006). 「Chembiogenesis 2005およびシステム化学ワークショップ」. Angew. Chem. Int. Ed . 45 (3): 324– 344. doi : 10.1002/anie.200504139 .
- ^ Kindermann; Stahl; Reimold; Pankau; Kiedrowski (2005). 「システム化学：ほぼ指数関数的な有機レプリケーターの速度論的および計算的解析」. Angew. Chem . 117 (41): 6908– 6913. Bibcode : 2005AngCh.117.6908K . doi : 10.1002/ange.200501527 .
- ^ Ashkenasy; Hermans; Otto; Taylor (2017). 「システム化学」 . Chem. Soc. Rev. 46 ( 9): 2543– 2554. doi : 10.1039/c7cs00117g . PM ID 28418049. S2CID 3731417 .
