ATP-Driven Synthetic Supramolecular Assemblies: From ATP as a Template to Fuel.
ATP
fuelled assembly
self-assembly
stimuli-responsivness
transient behavior
Journal
Angewandte Chemie (International ed. in English)
ISSN: 1521-3773
Titre abrégé: Angew Chem Int Ed Engl
Pays: Germany
ID NLM: 0370543
Informations de publication
Date de publication:
08 02 2021
08 02 2021
Historique:
received:
07
05
2020
revised:
09
06
2020
pubmed:
11
6
2020
medline:
11
6
2020
entrez:
11
6
2020
Statut:
ppublish
Résumé
Adenosine triphosphate (ATP) is a molecular unit of energy that drives various processes in the cellular environment. In this Minireview, we discuss the potential of physical and chemical properties of ATP for the development of bio-inspired, synthetic ATP-induced supramolecular systems with dynamic, stimuli-responsive and active assembly characteristics. Molecular design rules for ATP-induced assemblies with various architectures and their stimuli-responsive structural and functional response are categorized. Special attention is given to the immense potential of ATP-fuelled designs in the nascent field of transient/non-equilibrium supramolecular polymerization for the synthesis of lifelike temporally programmable soft materials. Finally, the existing dearth and fate of ATP-driven systems for future challenges are discussed.
Identifiants
pubmed: 32519456
doi: 10.1002/anie.202006614
doi:
Types de publication
Journal Article
Review
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
2740-2756Informations de copyright
© 2020 Wiley-VCH GmbH.
Références
J. F. Lutz, J. M. Lehn, E. W. Meijer, K. Matyjaszewski, Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16024.
R. Merindol, A. Walther, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5588-5619.
A. Sorrenti, J. Leira-Iglesias, A. J. Markvoort, T. F. A. de Greef, T. M. Hermans, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5476-5490.
F. della Sala, S. Neri, S. Maiti, J. L. Chen, L. J. Prins, Curr. Opin. Biotechnol. 2017, 46, 27-33.
F. H. Westheimer, Science 1987, 235, 1173-1178;
T. Mitchison, M. Kirschner, Nature 1984, 312, 237-242.
S. De, R. Klajn, Adv. Mater. 2018, 30, 1706750.
T. F. A. De Greef, M. M. J. Smulders, M. Wolffs, A. P. H. J. Schenning, R. P. Sijbesma, E. W. Meijer, Chem. Rev. 2009, 109, 5687-5754;
F. Ishiwari, Y. Shoji, T. Fukushima, Chem. Sci. 2018, 9, 2028-2041.
S. Dhiman, S. J. George in Advances in the Chemistry and Physics of Materials (Eds.: S. J. George, C. Narayana, C. N. R. Rao), World Scientific, 2019, pp. 123-147.
B. A. Grzybowski, K. Fitzner, J. Paczesny, S. Granick, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5647-5678.
S. Dhiman, S. J. George, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2018, 91, 687-699.
P. M. Jones, M. L. O'Mara, A. M. George, Trends Biochem. Sci. 2009, 34, 520-531.
C. Frieden, Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1985, 14, 189-210.
R. Benedikt, J. Boekhoven, ChemNanoMat 2018, 4, 710-719.
M. Surin, Polym. Chem. 2016, 7, 4137-4150.
A. Mishra, D. B. Korlepara, M. Kumar, A. Jain, N. Jonnalagadda, K. K. Bejagam, S. Balasubramanian, S. J. George, Nat. Commun. 2018, 9, 1295.
A. Ruiz-Carretero, P. G. A. Janssen, A. Kaeser, A. P. H. J. Schenning, Chem. Commun. 2011, 47, 4340-4347.
Z. Liu, J.-C. Rossi, R. Pascal, Life 2019, 9, 26.
O. Kennard, N. W. Isaacs, W. D. S. Motherwell, J. C. Coppola, D. L. Wampler, A. T. Larson, D. G. Watson, Proc. R. Soc. London Ser. A 1971, 325, 401-436.
J. G. Arnez, J. G. Augustine, D. Moras, C. S. Francklyn, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 7144-7149.
Y. Jin, N. G. Richards, J. P. Waltho, G. M. Blackburn, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4110-4128;
Angew. Chem. 2017, 129, 4172-4192.
T. Sakamoto, A. Ojida, I. Hamachi, Chem. Commun. 2009, 141-146.
S. Maiti, I. Fortunati, C. Ferrante, P. Scrimin, L. J. Prins, Nat. Chem. 2016, 8, 725-731;
M. A. Cardona, L. J. Prins, Chem. Sci. 2020, 11, 1518-1522.
S. J. George, Ž. Tomović, A. P. H. J. Schenning, E. W. Meijer, Chem. Commun. 2011, 47, 3451-3453.
I. De Cat, Z. Guo, S. J. George, E. W. Meijer, A. P. H. J. Schenning, S. De Feyter, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3171-3177.
C. Li, M. Numata, M. Takeuchi, S. Shinkai, Chem. Asian J. 2006, 1, 95-101.
M.-A. Morikawa, M. Yoshihara, T. Endo, N. Kimizuka, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1358-1359.
T. Ma, C. Li, G. Shi, Langmuir 2008, 24, 43-48.
D. S. Williams, S. Koga, C. R. C. Hak, A. Majrekar, A. J. Patil, A. W. Perriman, S. Mann, Soft Matter 2012, 8, 6004-6014;
L. Tian, N. Martin, P. G. Bassindale, A. J. Patil, M. Li, A. Barnes, B. W. Drinkwater, S. Mann, Nat. Commun. 2016, 7, 13068,
P. Gobbo, L. Tian, B. V. V. S. P. Kumar, S. Turvey, M. Cattelan, A. J. Patil, M. Carraro, M. Bonchio, S. Mann, Nat. Commun. 2020, 11, 41.
R. Mogaki, P. K. Hashim, K. Okuro, T. Aida, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 6480-6491.
M. Onda, K. Yoshihara, H. Koyano, K. Ariga, T. Kunitake, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8524-8530.
T. Noguchi, T. Shiraki, A. Dawn, Y. Tsuchiya, L. T. N. Lien, T. Yamamoto, S. Shinkai, Chem. Commun. 2012, 48, 8090-8092.
T. Noguchi, B. Roy, D. Yoshihara, Y. Tsuchiya, T. Yamamoto, S. Shinkai, Chem. Sci. 2015, 6, 3863-3867;
J.-S. Shen, Q.-G. Cai, Y.-B. Jiang, H.-W. Zhang, Chem. Commun. 2010, 46, 6786-6788.
A. Mishra, D. B. Korlepara, S. Balasubramanian, S. J. George, Chem. Commun. 2020, 56, 1505-1508.
D. van der Zwaag, T. F. A. de Greef, E. W. Meijer, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 8334-8336;
Angew. Chem. 2015, 127, 8452-8454.
M. Wehner, F. Würthner, Nat. Rev. Chem. 2020, 4, 38-53.
R. D. Mukhopadhyay, A. Ajayaghosh, Science 2015, 349, 241-242.
S. Dhiman, A. Sarkar, S. J. George, RSC Adv. 2018, 8, 18913-18925.
A. Jain, S. Dhiman, A. Dhayani, P. K. Vemula, S. J. George, Nat. Commun. 2019, 10, 450;
K. Jalani, S. Dhiman, A. Jain, S. J. George, Chem. Sci. 2017, 8, 6030-6036;
S. Dhiman, R. Ghosh, S. J. George, ChemSystemsChem 2020, 2, e1900042.
P. A. Korevaar, S. J. George, A. J. Markvoort, M. M. J. Smulders, P. A. J. Hilbers, A. P. H. J. Schenning, T. F. A. De Greef, E. W. Meijer, Nature 2012, 481, 492-496.
P. A. Korevaar, T. F. A. de Greef, E. W. Meijer, Chem. Mater. 2014, 26, 576-586.
F. Pampaloni, E.-L. Florin, Trends Biotechnol. 2008, 26, 302-310.
A. Ojida, Y. Mito-oka, K. Sada, I. Hamachi, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2454-2463.
A. Ojida, Y. Mito-oka, M.-A. Inoue, I. Hamachi, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6256-6258.
A. Ojida, I. Takashima, T. Kohira, H. Nonaka, I. Hamachi, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12095-12101.
M. Kumar, N. Jonnalagadda, S. J. George, Chem. Commun. 2012, 48, 10948-10950;
M. Kumar, M. D. Reddy, A. Mishra, S. J. George, Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 9938-9942.
M. Kumar, O. A. Ushie, S. J. George, Chem. Eur. J. 2014, 20, 5141-5148.
M. Kumar, S. J. George, Chem. Sci. 2014, 5, 3025-3030.
M. Kumar, P. Brocorens, C. Tonnele', D. Beljonne, M. Surin, S. J. George, Nat. Commun. 2014, 5, 5793.
P. P. Neelakandan, M. Hariharan, D. Ramaiah, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11334-11335.
G. Yu, J. Zhou, J. Shen, G. Tang, F. Huang, Chem. Sci. 2016, 7, 4073-4078.
J. Zhou, M. Chena, G. Diao, Chem. Commun. 2014, 50, 11954-11956.
J.-P. Changeux, S. J. Edelstein, Science 2005, 308, 1424-1428.
S. Shinkai, M. Ikeda, A. Sugasaki, M. Takeuchi, Acc. Chem. Res. 2001, 34, 494-503.
R. Mo, T. Jiang, R. DiSanto, W. Tai, Z. Gu, Nat. Commun. 2014, 5, 3364.
R. Mo, T. Jiang, W. Sun, Z. Gu, Biomat. 2015, 50, 67-74.
M. Naito, T. Ishii, A. Matsumoto, K. Miyata, Y. Miyahara, K. Kataoka, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 10751-10755;
Angew. Chem. 2012, 124, 10909-10913.
X. Ji, H. Wang, Y. Li, D. Xia, H. Li, G. Tang, J. L. Sessler, F. Huang, Chem. Sci. 2016, 7, 6006-6014.
S. Biswas, K. Kinbara, T. Niwa, H. Taguchi, N. Ishii, S. Watanabe, K. Miyata, K. Kataoka, T. Aida, Nat. Chem. 2013, 5, 613-620.
K. Okuro, M. Sasaki, T. Aida, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5527-5530.
R. Bonomi, A. Cazzolaro, L. J. Prins, Chem. Commun. 2011, 47, 445-447.
C. Pezzato, J. L. Y. Chen, P. Galzerano, M. Salvi, L. J. Prins, Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 6811-6820.
C. Pezzato, B. Lee, K. Severin, L. J. Prins, Chem. Commun. 2013, 49, 469-471.
S. G. Martin, L. J. Prins, Chem. Commun. 2016, 52, 9387-9390.
J. Liu, M.-a. Morikawa, N. Kimizuka, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17370-17374.
R. Feng, Y. Xu, H. Zhao, X. Duan, S. Sun, Analyst 2016, 141, 3219-3223.
J.-M. Lehn, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 3276-3289;
Angew. Chem. 2015, 127, 3326-3340.
X. Yan, F. Wang, B. Zheng, F. Huang, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 6042-6065.
M. C.-L. Yeung, V. W.-W. Yam, Chem. Sci. 2013, 4, 2928-2935.
M. Zhao, M. Wang, H. Liu, D. Liu, G. Zhang, D. Zhang, D. Zhu, Langmuir 2009, 25, 676-678.
C. Pezzato, D. Zaramella, M. Martinelli, G. Pieters, M. A. Pagano, L. J. Prins, Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 1198-1203.
G. Das, P. Talukdar, S. Matile, Science 2002, 298, 1600-1602.
Z. Yao, B. Huang, X. Hu, L. Zhang, D. Li, M. Guo, X. Zhang, H. Yuan, H. C. Wu, Analyst 2013, 138, 1649-1652.
S. H. Jung, K. Y. Kim, J. H. Lee, C. J. Moon, N. S. Han, S. J. Park, D. Kang, J. K. Song, S. S. Lee, M. Y. Choi, J. Jaworski, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 722-729.
C. Wang, Q. Chen, Z. Wang, X. Zhang, Angew. Chem. 2010, 122, 8794-8797.
Y. Kang, C. Wang, K. Liu, Z. Wang, X. Zhang, Langmuir 2012, 28, 14562-14566.
Y. X. Wang, D. S. Guo, Y. Cao, Y. Liu, RSC Adv. 2013, 3, 8058-8063.
Z. Yang, G. Liang, L. Wang, B. Xu, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3038-3043.
T. Heuser, A.-K. Steppert, C. M. Lopez, B. Zhu, A. Walther, Nano Lett. 2015, 15, 2213-2219.
C. Pezzato, L. J. Prins, Nat. Commun. 2015, 6, 7790.
E. Del Grosso, G. Ragazzon, L. J. Prins, F. Ricci, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5582-5586;
Angew. Chem. 2019, 131, 5638-5642.
H. Che, J. Zhu, S. Song, A. F. Mason, S. Cao, I. A. B. Pijpers, L. K. E. A. Abdelmohsen, J. C. M. van Hest, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 13113-13118;
Angew. Chem. 2019, 131, 13247-13252.
H. Goto, E. Yashima, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7943-7949.
S. Dhiman, A. Jain, S. J. George, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1329-1333;
Angew. Chem. 2017, 129, 1349-1353.
A. Sorrenti, J. Leira-Iglesias, A. Sato, T. M. Hermans, Nat. Commun. 2017, 8, 15899.
S. Dhiman, A. Jain, M. Kumar, S. J. George, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 16568-16575.
Z. Li, C. J. Zeman IV, S. R. Valandro, J. P. O. Bantang, K. S. Schanze, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12610-12618.
L. Heinen, A. Walther, Sci. Adv. 2019, 5, eaaw0590.
B. Dong, L. Liu, C. Hu, Biomacromolecules 2018, 19, 3659-3668.
X. Hao, W. Sang, J. Hu, Q. Yan, ACS Macro Lett. 2017, 6, 1151-1155.
X. Hao, L. Chen, W. Sang, Q. Yan, Adv. Sci. 2018, 5, 1700591.
G. Ragazzon, Giulio, L. J. Prins, Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 882-889.
N. Hardt, S. M. Hacker, A. Marx, Org. Biomol. Chem. 2013, 11, 8298-8305.
B. A. Grzybowski, W. T. S. Huck, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 585-592;
T. Aida, E. W. Meijer, Isr. J. Chem. 2020, 60, 33-47;
P. K. Hashim, J. Bergueiro, E. W. Meijer, T. Aida, Prog. Polym. Sci. 2020, 105, 101250.
H. W. van Roekel, B. J. Rosier, L. H. Meijer, P. A. Hilbers, A. J. Markvoort, W. T. Huck, T. F. A. de Greef, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 7465-7483.
S. N. Semenov, A. S. Y. Wong, R. M. van der Made, S. G. J. Postma, J. Groen, H. W. H. van Roekel, T. F. A. de Greef, W. T. S. Huck, Nat. Chem. 2015, 7, 160.
J. Deng, D. Bezold, H. J. Jessen, A. Walther, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, https://doi.org/10.1002/anie.202003102;
Angew. Chem. 2020, https://doi.org/10.1002/ange.202003102.
E. te Brinke, J. Groen, A. Herrmann, H. A. Heus, G. Rivas, E. Spruijt, W. T. S. Huck, Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 849-855.
M. Dolnik, A. M. Zhabotinsky, A. B. Rovinsky, I. R. Epstein, Chem. Eng. Sci. 2000, 55, 223-231.
A. Sarkar, R. Sasmal, C. Empereur-Mot, D. Bochicchio, S. V. K. Kompella, K. Sharma, S. Dhiman, S. Balasubramanian, S. S. Agasti, G. M. Pavan, S. J. George, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 7606-7617;
A. Sarkar, T. Behera, R. Sasmal, R. Capelli, C. Empereur-mot, J. Mahato, S. S. Agasti, G. M. Pavan, A. Chowdhury, S. J. George, J. Am. Chem. Soc. 2020, https://doi.org/10.1021/jacs.0c04404.
A. Brizard, M. Stuart, K. van Bommel, A. Friggeri, M. de Jong, J. H. van Esch, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2063-2066;
Angew. Chem. 2008, 120, 2093-2096.