Julius Rebek Jr. (nacido Gyula Rebek el 11 de abril de 1944) es un químico húngaro-estadounidense y experto en autoensamblaje molecular .
Rebek nació en Beregszász, Reino de Hungría , (actualmente Berehove , Ucrania), que en ese momento era parte de Hungría , en 1944 y vivió en Austria de 1945 a 1949. En 1949, él y su familia emigraron a los Estados Unidos y se establecieron en Topeka, Kansas , donde se graduó de Highland Park High School. Rebek se graduó de la Universidad de Kansas con una licenciatura en química. Rebek recibió su maestría en artes y su doctorado en química orgánica del Instituto Tecnológico de Massachusetts en 1970. Allí estudió péptidos con DS Kemp .
Rebek fue profesor asistente en la Universidad de California en Los Ángeles de 1970 a 1976. Allí desarrolló la prueba de tres fases para intermediarios reactivos . En 1976, se trasladó a la Universidad de Pittsburgh , donde desarrolló estructuras similares a hendiduras para estudios en reconocimiento molecular . [ aclaración necesaria ] En 1989 regresó al MIT, donde se convirtió en el Profesor Camille Dreyfus de Química e ideó moléculas sintéticas autorreplicantes . En julio de 1996, trasladó su grupo de investigación al Instituto de Investigación Scripps para convertirse en el director del Instituto Skaggs de Biología Química, donde continúa trabajando en reconocimiento molecular y sistemas de autoensamblaje.
Rebek es miembro de la Academia Nacional de Ciencias .
La investigación independiente de Rebek comenzó en la década de 1970, con un método para detectar intermediarios reactivos. Este método se inventó mediante la aplicación de reactivos unidos a polímeros . Un precursor del intermediario reactivo se unía covalentemente a una fase sólida, mientras que una trampa se unía a un segundo soporte de este tipo. Cuando se produce la transferencia entre las fases sólidas, se requiere la existencia de un intermediario reactivo, libre en solución, como se muestra a continuación. Entre las especies reactivas detectadas por esta "prueba de tres fases" se encontraban el ciclobutadieno, el oxígeno singlete, el metafosfato monomérico y los acil imidazoles.
En 1978 se diseñó un modelo del principio de Pauling (catálisis por unión máxima al estado de transición). Se eligió un proceso físico, la racemización del bipiridilo . La estructura de transición presenta anillos arílicos coplanares y una fuerza de unión específica (la quelación de un metal por bipiridilo), y muestra una atracción máxima metal/ligando en la geometría coplanar. [1] El enlace biarílico actúa como un punto de apoyo y la unión induce una tensión mecánica en otra parte de la molécula. Esta fue una de las primeras máquinas moleculares, un rotor.
En la década de 1980 se diseñaron otros bipiridilos y bifenilos como modelos sintéticos de efectos alostéricos, como se muestra a continuación. Uno de ellos incluía dos sitios de unión idénticos y acoplados mecánicamente y mostraba una cooperatividad positiva en la unión de compuestos de mercurio covalentes. [2] [3] Los rotores siguen siendo los modelos químicos más frecuentes para los efectos alostéricos y están presentes en muchas de las máquinas moleculares que se utilizan en otros laboratorios en la actualidad.
Los esfuerzos en el reconocimiento molecular en la década de 1980 condujeron a formas similares a hendiduras [4] para el reconocimiento de iones y, especialmente, objetivos no iónicos. Utilizando derivados del triácido de Kemp, Rebek organizó grupos funcionales que "convergían" para crear un sitio de reconocimiento. Arriba se muestra una bisimida que forma quelatos de adenina en agua. [5] Las versiones con grupos carboxilo [6] se utilizaron ampliamente en otros lugares como modelos para metaloenzimas (las estructuras XDK) [7] y en el laboratorio de Rebek para investigar los efectos estereoelectrónicos .
En 1990, estos estudios culminaron en un sistema sintético, autocomplementario, que actuaba como plantilla para su propia formación. Demostró autocatálisis basada en reconocimiento molecular y fue el primer sistema sintético en mostrar un signo primitivo de vida: la autorreplicación. Tjivikua, T.; Ballester, P.; Rebek, J. (1990). "Self-replicating system". Journal of the American Chemical Society . 112 (3). American Chemical Society (ACS): 1249–1250. doi :10.1021/ja00159a057. ISSN 0002-7863.La plantilla se adhiere a los reactivos mediante enlaces de hidrógeno en ambos extremos, como se indica a continuación. La "receta" autocomplementaria se ha incorporado universalmente en sistemas autorreplicantes sintetizados en otros grupos de investigación.
Philip Ball , en su libro Designing the Molecular World , sostiene que las moléculas autorreplicantes de Rebek comparten algunos criterios con los ácidos nucleicos y las proteínas y, además, "sus replicaciones operan de acuerdo con un nuevo tipo de interacción molecular en lugar de imitar el emparejamiento de bases de complementariedad de los ácidos nucleicos. Se podría ver esto como una indicación de que tal vez el ADN no sea la condición sine qua non de la vida, de modo que se podrían concebir organismos que 'vivan' de acuerdo con principios moleculares completamente diferentes". Sugiere que Rebek ha podido perseguir la idea de la "'evolución' molecular mediante la fabricación de replicadores artificiales que pueden mutar... El considerable entusiasmo que ha suscitado el trabajo de Julius Rebek está inspirado en parte por las posibilidades que plantea para explorar el tipo de procesos químicos que llevaron a la aparición de la vida en nuestro planeta".
El etólogo británico Richard Dawkins , en su libro El río del Edén , sugiere que las moléculas replicantes de Rebek "plantean la posibilidad de que otros mundos tengan una evolución paralela [a la de la Tierra] pero con una base química fundamentalmente diferente".
Gracias a la colaboración con Javier de Mendoza en 1993, Rebek logró crear una cápsula autoensamblable. Estas se forman de manera reversible al rodear completamente a los objetivos de moléculas pequeñas [8] y se han convertido en una herramienta versátil de la química orgánica física moderna . Existen en solución en equilibrio y en condiciones ambientales. Actúan como cámaras de reacción nanométricas, como medios para estabilizar reactivos, como fuentes de "complejos dentro de complejos" y como espacios donde se han creado nuevas formas de estereoquímica. También inspiraron la encapsulación en otros grupos de investigación que utilizan interacciones metal-ligando para el autoensamblaje. Arriba se muestra una cápsula cilíndrica de dimensiones nanométricas [9] ; selecciona huéspedes congruentes de forma individual o por pares cuando el espacio interior está adecuadamente lleno.
Richard Dawkins escribe sobre la autocatálisis como una posible explicación de la abiogénesis en su libro de 2004 The Ancestor's Tale . [ cita requerida ] Cita experimentos realizados por Julius Rebek y sus colegas en el Scripps Research Institute en California en los que combinaron amino adenosina y éster de pentafluorofenilo con el autocatalizador amino adenosina triácido éster (AATE). Un sistema del experimento contenía variantes de AATE que catalizaban la síntesis de sí mismos. Este experimento demostró la posibilidad de que los autocatalizadores pudieran exhibir competencia dentro de una población de entidades con herencia, lo que podría interpretarse como una forma rudimentaria de selección natural. [ cita requerida ]
En los últimos años, Rebek ha investigado miméticos de superficie de proteínas sintéticas. [10] A través de una colaboración con Tamas Bartfai , estos muestran una actividad biológica prometedora en modelos animales de enfermedades.