Forcing the reversibility of a mechanochemical reaction.
Forcing the reversibility of a mechanochemical reaction.
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DOI：
10.1038/s41467-018-05115-6
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发表时间：
2018-08-08
影响因子：
16.6
通讯作者：
Garcia-Manyes S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Beedle AEM;Mora M;Davis CT;Snijders AP;Stirnemann G;Garcia-Manyes S
机械力改变了化学反应的自由能表面，经常使热力学上不受欢迎的反应路径成为可能。我们对力诱导反应性的大多数分子理解局限于聚合物机械团中共价键的不可逆均解断裂和开环。在异解双分子反应中，机械力是否可以绕过热力学锁定的反应性，以及这如何影响反应的可逆性，目前还知之甚少。利用单分子力钳光谱，我们在这里证明了机械力促进了弱亲核有机硫醇对单个蛋白质二硫键的热力学不利的SN2断裂。在力去除后，从产生的高能不稳定的混合二硫化物产物返回到初始的低能二硫键反应物的转变突然变得自发，使反应完全可逆。通过合理地改变一系列小分子硫醇的亲核性，我们展示了如何将力调节的化学动力学与热力学很好地耦合来预测和调节双分子机械力化学反应的可逆性。机械力可以促进热力学上不利的反应。在这里，作者发现，拉伸力可以促进弱亲核硫醇对蛋白质二硫键的SN2断裂，而消除这一力会逆转产生原始二硫键的反应。
Mechanical force modifies the free-energy surface of chemical reactions, often enabling thermodynamically unfavoured reaction pathways. Most of our molecular understanding of force-induced reactivity is restricted to the irreversible homolytic scission of covalent bonds and ring-opening in polymer mechanophores. Whether mechanical force can by-pass thermodynamically locked reactivity in heterolytic bimolecular reactions and how this impacts the reaction reversibility remains poorly understood. Using single-molecule force-clamp spectroscopy, here we show that mechanical force promotes the thermodynamically disfavored SN2 cleavage of an individual protein disulfide bond by poor nucleophilic organic thiols. Upon force removal, the transition from the resulting high-energy unstable mixed disulfide product back to the initial, low-energy disulfide bond reactant becomes suddenly spontaneous, rendering the reaction fully reversible. By rationally varying the nucleophilicity of a series of small thiols, we demonstrate how force-regulated chemical kinetics can be finely coupled with thermodynamics to predict and modulate the reversibility of bimolecular mechanochemical reactions. Mechanical force can facilitate thermodynamically unfavourable reactions. Here, the authors found that a stretching force can promote the SN2 cleavage of a protein disulfide bond by weak nucleophilic thiols, and that removing this force reverses the reaction yielding the original disulfide bond.
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影响因子：
16.6
作者：
Beedle AE;Lynham S;Garcia-Manyes S
通讯作者：
Garcia-Manyes S
影响因子：
16.6
作者：
Beedle AEM;Mora M;Lynham S;Stirnemann G;Garcia-Manyes S
通讯作者：
Garcia-Manyes S
影响因子：
16.6
作者：
Beedle AEM;Lezamiz A;Stirnemann G;Garcia-Manyes S
通讯作者：
Garcia-Manyes S
DOI：
10.1073/pnas.031409698
发表时间：
2001-02-13
影响因子：
11.1
作者：
Carl, P;Kwok, CH;Discher, DE
通讯作者：
Discher, DE
影响因子：
4.4
作者：
FRISCH, MJ;POPLE, JA;BINKLEY, JS
通讯作者：
BINKLEY, JS