Němečtí vědci vyvinuli syntetický katalyzátor pro řízený pohyb fosfátů v molekulách

Vědci z Univerzity v Ulmu v Německu vyvinuli syntetický organický katalyzátor, který dokáže pohybovat fosfátovými skupinami podél cukerných kostřiček, aniž by k tomu bylo zapotřebí neustálého vnějšího zásahu. Výzkum, který vedl chemik Max von Delius, popisuje podle autorů první příklad syntetického systému schopného převádět chemické palivo přímo na řízený, směrovaný pohyb na molekulární úrovni. Studii, na níž se podílel i P. A. Hoffmann, zveřejnil časopis Nature Chemistry 25. září 2026.

Inspirací pro tým byly přírodní procesy, konkrétně hydrolýza RNA a pohyb motorických proteinů, jako je myosin, který umožňuje svalovou kontrakci přeměnou chemické energie na mechanickou práci. Právě podobný princip se němečtí chemici pokusili napodobit v laboratoři, ovšem s využitím čistě syntetických, uměle vytvořených molekul místo biologických struktur.

Klíčovým prvkem výzkumu je reakce fosfátu, připojeného na molekulu glycerolu, s karbodiimidovým katalyzátorem. Tato reakce umožňuje fosfátové skupině přeskakovat mezi jednotlivými pozicemi podél cukerné kostry, přičemž proces probíhá řízeně a opakovaně, nikoli náhodně. Díky použitému katalyzátoru se podařilo zrychlit migraci fosfátu z původních několika týdnů na pouhé minuty, což představuje dramatické zrychlení oproti nekatalyzovaným reakcím.

Fosfátové skupiny hrají v biologii zásadní roli, od přenosu energie v buňkách až po strukturu genetického materiálu, a jejich přesné umístění v molekule často rozhoduje o biologické funkci dané sloučeniny. Problém ale spočívá v tom, že mnohé fosfátové sloučeniny s požadovaným uspořádáním jsou pro tradiční syntetickou chemii obtížně dostupné nebo vyžadují komplikované a zdlouhavé postupy.

Právě zde vidí von Deliusův tým hlavní praktický přínos svého objevu. Cílem výzkumu je vytvoření biologicky aktivních fosfátových sloučenin, které by bylo za použití standardních metod obtížné nebo prakticky nemožné syntetizovat. Schopnost řízeně přesouvat fosfátové skupiny podél molekulární kostry totiž otevírá cestu k přípravě struktur, jež by jinak vznikaly jen s velkými obtížemi, nebo se k nim chemici museli propracovávat oklikou přes mnohastupňové syntézy.

Systém navržený v Ulmu tak funguje na principu, kdy se chemická energie z paliva – v tomto případě z karbodiimidového činidla – přímo přeměňuje na mechanický pohyb fosfátové skupiny po molekule. Tento koncept se v chemii označuje jako mimo rovnováhu udržovaný proces, protože bez trvalého přísunu paliva by se systém vrátil do svého původního, energeticky stabilnějšího stavu. Podobně jako u biologických motorů i zde platí, že pohyb není náhodný, ale sleduje jasný směr daný strukturou molekuly a vlastnostmi katalyzátoru.

Výzkum zapadá do širšího proudu chemie zabývající se takzvanými molekulárními stroji a systémy, které se snaží napodobit efektivitu a eleganci biologických mechanismů pomocí čistě syntetických prostředků. Zatímco přírodní motorické proteiny vyvinula evoluce po miliardy let, chemici se nyní pokoušejí dosáhnout podobných funkcí pomocí relativně jednoduchých molekul, které lze navrhnout a vyrábět v laboratoři.

Podle autorů studie představuje jejich práce důležitý krok směrem k praktickému využití těchto principů mimo akademické laboratoře. Pokud se podaří metodu dále rozvíjet a zdokonalovat, mohla by najít uplatnění při výrobě farmaceuticky zajímavých fosfátových sloučenin, případně dalších látek, kde přesné umístění fosfátové skupiny rozhoduje o výsledné funkci molekuly.

Výsledky práce německého týmu byly publikovány v recenzovaném časopise Nature Chemistry pod identifikátorem DOI: 10.1038/s41557-026-02240-4, a jsou tak dostupné odborné veřejnosti k dalšímu ověřování a navazujícímu výzkumu.