Գերմոլեկուլային քիմիա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Գերմոլեկուլային քիմիա (անգլ.՝ Supramolecular chemistry), քիմիայի նորագույն և բուռն զարգացող բնագավառներից է: Ի տարբերություն դասական քիմիայի, որն ուսումնասիրվում է ատոմների միջև կապերի (սովորաբար կովալենտ, E = >> 100 կՋ/մոլ) առաջացումն ու քայքայումը, ԳՔ-ի ուսումնասիրման առարկան մոլեկուլների միջև բացառապես ոչ վալենտային փոխազդեցությունների (վանդերվաալսային, հիդրոֆոբային, ջրածնական կապեր, էլեկտրաստատիկ փոխազդեցություններ, կառուցվածքներ "առանց կապի"..., որոնց էներգիան 1-2 կարգով զիջում է վալենտական կապերի էներգիան, Eկապ < 100 կՋ/մոլ) արդյունքում ստացված բարդ համակարգերն են (գերմոլեկուլներ), որտեղ “տանտիրոջ” և “հյուրի” մի քանի կենտրոններով միաժամանակյա կոմպլեմենտար` երկրաչափական և ֆունկցիոնալ տեսակետից ներդաշնակ, համախմբված միացումը կայունացնում է կոմպլեքսը, դարձնելով այն դինամիկ, ճկուն և շարժունակ:

Երկրի վրա կյանքի առաջացման վերաբերյալ գոյություն ունեն տարբեր վարկածներ և հնարավոր է, որ Գերմոլեկուլային քիմիայի բնագավառում ուսումնասիրությունները լույս սփռեն այդ գործընթացի վրա:

Պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

ԳՄ քիմիայի հիմնադիրներն են 1987 թ. Նոբելյան մրցանակակիրներ Չ. Պեդերսենը, Դ. Կրամը, Ժ. Մ. Լենը, որոնց հիմնական ներդրումը՝ ավանդական քիմիայի նվաճումների ուղղորդումն է սկզբունքորեն նոր քիմիական օբյեկտների ստեղծման բնագավառ և ընդգրկում է առավել բարդ, միջմոլեկուլային փոխազդեցությամբ (ոչ կովալենտային) կապված ամբողջական համակարգերի, առանձին մոլեկուլներից ստացված ներդաշնակ զուգակցումների ուսումնասիրության քիմիական, ֆիզիկական, կենսաբանական, տեղեկագիտական տեսակետները:

Պեդերսենի կողմից սինթեզվել են 4 - 20 թթվածնի ատոմներից բաղկացած և 12 -60 անդամանի երկչափանի կրաուն-եթերներ (crown – թագ, 1967): Կրամին հաջողվեց ստեղծել նույնանման, նախապես կարգավորված եռչափանի մոլեկուլ-բեռնարկղներ` սֆերանդներ (հուն. sphaira - գունդ), ներքուստ լրիվ դատարկ գնդաձև կառուցվածքներ, ինչպես նաև ներքին խոռոչներով բաժականման մոլեկուլներ՝ կավիտանդներ (անգլ. cavity — խոռոչ), որոնք ունակ են իրենց “գրկում” առավել ամուր պահել ոչ միայն մետաղների իոններ, այլև չեզոք մոլեկուլներ, և սկիզբ դրեց «տանտեր-հյուր» նոր կոնցեպցիայի: Եռչափանի կառուցվածքի շնորհիվ սֆերանդներն ու կավիտանդները ցուցաբերում են նաև գերազանց կատիոնային ընտրողականություն, ինչը սֆերանդների մոտ Na+ կատիոնի նկատմամբ 1010 անգամ գերազանցում է K+ -ին: Ժ-Մ. Լենը սինթեզեց բնական իոնոֆորների հատկություններով նոր կառուցվածքներ՝ կրիպտանդներ (1968 թ., հուն. cryptos – թաքնված) և քիմիայի այս նոր ուղղությունը անվանեց գերմոլեկուլային քիմիա (կամ բեռնարկղային քիմիա), որն ընդգրկում է գիտության տարբեր բնագավառերի (ֆիզիկա, քիմիա, կենսաբանություն, հասարակություն...) երևույթները:

Տարածվածությունը բնության մեջ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գերմոլեկուլային կառուցվածքները լայնորեն տարածված են բնության մեջ: Կենդանի օրգանիզմում բոլոր ռեակցիաները ընթանում են սպիտակուցային ծագումով ֆերմենտ-կատալիզատորների մասնակցությամբ, որոնք իդեալական ընկալիչներ (ռեցեպտոր, “տանտեր”, ) են: Ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնի հետ կարող են կապվել միայն երկրաչափորեն և էներգիապես համարժեք (կոմպլեմենտար, ներդաշնակ) միացությունները (սուբստրատ, “հյուր”, ): Ռեցեպտորը և սուբստրատը պետք է համընկնեն միմյանց ինչպես բանալին կողպեքին:

Ժամանակակից քիմիայի հիմնահարցերից է ոչ կովալենտային փոխազդեցությամբ կոմպլեմենտար մոլեկուլային շինարարական աղյուսիկներից որոշակի կառուցվածքով և հատկություններով գերկարգավորված գերմոլեկուլային բարդ կառուցվածքների նպատակադրված սինթեզը և դրանց վարքի ուսումնասիրությունը տարբեր պայմաններում (հատկապես օրգանիզմում):

Կոմպլեմենտարությունը ընկած է կենսաբանական երևույթների՝ տրանս-վերսիա1, տրանսկրիպցիա2, տրանսլյացիա3, սպիտակուցի կենսասինթեզ... հիմքում: Գերմոլեկուլային կառուցվածքների պարզագույն օրինակ են "տանտեր-հյուր" տիպի կոմպլեքսները, որտեղ տանտիրոջ () դերում հանդես է գալիս կենտրոնական խոռոչով օրգանական լիգանդը, իսկ հյուրը պարզ մոլեկուլն է կամ իոնը (): Տարբեր չափսերի ցիկլիկ պոլիեթերները (կրաուն-եթերներ) բավական կայուն կապում են ալկալիական Me-ի իոնները [Նկ.1, 2. Կրաուն-եթերների  կոմպլեքսը (18-կրաուն-6-կոմպլեքս) K+ -ի հետ]:

Մոլեկուլային բեռնարկղներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կրաուն-եթերների հիման վրա ստեղծվեցին նոր մոլեկուլային բեռնարկղներ, որոնցից հատկապես կրիպտոսվերանդը (կրիպտանդի և սվերանդի հիբրիդը) Na+ կատիոնի հետ առաջացնում է կայուն կոմպլեքս՝ աննախադեպ ընտրողականությամբ (Na+/K+), որով գերազանցում է բոլոր սինթետիկ և բնական իոնոֆորները4 : Չնայած վանդերվաալսային փոխազդեցության ուժերի թուլությանը (< 30 կՋ/մոլ) դրանք գործում են ոչ միայն մոլեկուլների, այլև նանոօբյեկտների միջև, ինչն ապահովում է գերմոլեկուլային կոմպլեքսների կայունությունը, ֆազերի մակերևույթի ադսորբման պրոցեսները, մոլեկուլային նանոկառուցվածքների ինքնահավաքը: Գերմոլեկուլային համակարգերի թերմոդինամիկական կայունությունը պայմա-նավորված է տանտիրոջ կարկասում հյուր-մոլեկուլի բարենպաստ տեղավորումով, որի դեպքում թույլ միջմոլեկուլային փոխազդեցության էներգիաների գումարը գերազանցում է առանձին մոլեկուլների էներգիան ազատ վիճակում: Նկ. 3, Ռետինոլի (վիտ. A) մոլեկուլը ռետինոլ կապող RBP (Retinol Binding Protein) սպիտակուցի ակտիվ կենտրոնում: Նկ. 3.

Գերմոլեկուլները բնութագրվում են բաղադրիչների քանակով, դրանց տարածական դասավորությամբ, «գերմոլեկուլային կառուցվածքով», միջմոլեկուլային կապերի բնույթով: Գերմոլեկուլային կառուցվածքներին բնորոշ հատկությունները՝ ⦁ կոմպլեմենտարությունը (երկրաչափական և քիմիական ներդաշնակություն), երբ մոլեկուլի խոռոչի և իոնի չափսերի համընկնում են և ընկալիչի ու սուբստրատի տարածական և էլեկտրոնային բնութագրերը լրացնում են միմյանց, որն այլ կերպ կոչվում է մոլեկուլային ճանաչողականություն (molecular recognition): ⦁ Ռեցեպտորում ոչ թե մեկ, այլ մի քանի կապող կենտրոնների (գրպանիկների) առկայությունը: Կրաուն-եթերներում այդ դերը կատարում են թթվածնի ատոմները՝ ազատ էլեկտրոնային զույգերի շնորհիվ ալկալիական մետաղների իոնների հետ ստեղծելով բավականին կայուն կապեր (նկ. 1, 2): ⦁ Տանտիրոջ () և հյուրի () միջև մեծ քանակի ոչ կովալենտային կապերով (վանդերվաալսային, դիպոլ-դիպոլային, ջրածնական, իոն-դիպոլային...) առաջացած կոմպլեքսների () բարձր կարգավորվածությունն ու կայունությունը: Մոլեկուլային ճանաչողականությունը (ՄՃ) ԳՄ քիմիայի առանցքային հասկացողություններից է: Այն մոլեկուլների սովորական միացումից տարբերվում է ընտրողականությամբ, ինչը հիմնված է մի մոլեկուլում (ρ) որոշակի մարզի (մարզերի) առկայությամբ, որն ի վիճակի է ընտրողաբար կապել մյուս (փոքր) իոնին կամ մոլեկուլին (σ): ՄՃ-ը կարևոր դեր է կատարում կենսաբանական պրոցեսներում և ընկած է որոշ նանոկառուցվածքների ինքնահավաքման հիմքում՝ հատկապես նուկլեինային հիմքերի կոմպլեմենտարությունը կիրառում են ԴՆԹ-ի բաղադրիչների հիման վրա նանոկառուցվածքների ստեղծման համար: Սուբստրատի և դրա ընկալիչի ընտրողական կապը և գերմոլեկուլի (σρ) առաջացումը տեղի է ունենում մոլեկուլային ճանաչողության ընթացքում և եթե ընկալիչը բացի կապող կենտրոններից ունի նաև ակտիվ ռեակցիոնունակ ֆունկցիոնալ խմբեր, ապա այն կարող է սուբստրատին ենթարկել քիմիական փոխարկման՝ հանդես գալով որպես գերմոլեկուլային կատալիզատոր, ինչի ստեղծումը գերմոլեկուլային քիմիայի խնդիրներից է (անգլ. supramolecular catalysis): Եթե կատալիզատորն առաջանում է ռեակցիայի արդյունքում, ապա համակարգը ունակ է վերարտադրվելու, այսինքն դառնում է ԴՆԹ-ի սինթետիկ նմանակը: Լիպոֆիլ, բջջի թաղանթում լուծվող ռեցեպտորը իրեն կապված հիդրոֆիլ սուբստրատի համար կարող է լինել տրանսպորտի միջոց լիպոֆիլ միջավայրում: Այսպիսով, գերմոլեկուլների հիմնական ֆունկցիաներն են՝ մոլեկուլային ճանաչողությունը, փոխարկումը և տրանսպորտը: Գերմոլեկուլը փաստորեն համակարգ է՝ մոլեկուլը մոլեկուլում: Մոլեկուլը կամ իոնը (հյուր) ընկնելով մեծ մոլեկուլի (տանտիրոջ) խոռոչի մեջ մեկուսանում է արտաքին միջավայրից և այնտեղ պահպանվելով միջմոլեկուլային ուժերի շնորհիվ, կարող է իր «տիրոջ» հետ ազատ տեղաշարժվել այնպիսի միջավայրում, որտեղ ազատ վիճակում մուտք գործել չէր կարող: Կենդանի օրգանիզմի հյուսվածքները բաղկացած են բջիջներից (~1014), որոնք իրենց հերթին պարունակում են բազմաթիվ կառուցվածքներ, որոնցով պայմանավորված են բջիջների սնունդը, բազմացումը...: Այն օժտված է արտաքին ազդակներին խելամիտ արձագանքելու ծրագրերի մեծ փաթեթով և անհրաժեշտության դեպքում կարող է ընդգրկվել համապատասխան ծրագրում: Լիպոֆիլ կենսաթաղանթներով պարփակված բջիջներում գոյություն ունեն բջջային կենսամոլեկուլներ: Ցանկացած բջիջում K+ իոնների քանակը գերազանցում է Na+ իոններին: Օրինակ, էրիտրոցիտների ներբջջային հեղուկում K+ և Na+ իոնների կոնցենտրացիաների հարաբերությունը կազմում է 92:11, միջբջջային տարածքում՝ 5:152, իսկ ներվային բջիջներում (նեյրոն) համապատասխանաբար 300:10 և 22:440 (պայմանական միավորներով): Պարզվում է, որ կենսաթաղանթները հիշյալ իոնները միմյանցից տարբերում են, չնայած դրանց չափսերի և լիցքի մեծության նմանությանը, և կարծես թե գոյություն ունի «պոմպ», որն անընդհատ բջջից արտամղում է Na+ և ներմղում K+ իոնները ‹(փոխանակություն): K+ և Na+ իոնների անհամաչափ բաշխումը բջջային թաղանթի 2 կողմերում և ներվային բջիջների գործունեության ներուժը (պոտենցիալը, լատ. potentia - ուժ)՝ պայմանավորված Na+ և K+ իոնների նկատմամբ թաղանթի թափանցելիությամբ, մասնակցում է բազմաթիվ գործընթացներում, այդ թվում նաև ինֆորմացիայի հաղորդմանը ներվային համակարգի նեյրոններին, որի խախտման դեպքում ճնշվում է նեյրոնի միջով ներվային իմպուլսների փոխանցումը, ինչը հանգեցնում է մկանային շարժողունակության և զգայական կորստի (անեսթեզիա): Ներկայում հայտնի ամենաուժեղ թույներից մեկի՝ տետրոդոտոքսինի (թունայնությամբ գերազանցում է NaCN –ը ~ 1200, ստրիխնինը՝ ~ 60 անգամ ևն) ազդեցության պատճառը դրա կողմից Na+, K+ իոնների անցուղիների խցանումն է, որի արդյունքում կենդանի օրգանիզմը զոմբիանում5 է: Թաղանթի տարբեր կողմերում պոտենցիալների տարբերությունը կարևոր դեր է կատարում ոչ միայն ներվային իմպուլսների փոխանցման, այլև բջջային օսմոտիկ ճնշման և աղա-ջրային բալանսի կարգավորման գործում: “Հյուր- տանտեր” սկզբունքով են ազդում ֆերմենտները, որոնք կարող են օրգանիզմում որոշակի մոլեկուլ կամ իոն տեղափոխել, անհրաժեշտ վայր: Այդ սկզբունքով է աշխատում նաև վալինոմիցին հակաբիոտիկը:

Վալինոմիցին պեպտիդային հակաբիոտիկն առաջին անգամ անջատվել է Streptomyces fulvissimus  մանրէների շտամների մզվածքից (Բրոկման, 1955): Քիմիական կառույցի բացահայտումը (Շեմյակին, 1963) հեղափոխություն առաջացրեց քիմիայի բնագավառում: Վալինոմիցինը (IV, Va) ցիկլիկ դոդեկադեպսիպեպտիդ է, նոր տիպի մեծ քանակությամբ բնական ու սինթետիկ գերցիկլային կառուցվածքով օրգանական միացությունների (կալցիմիցին, էննիատին, նոնակտին, մոնենսին, գերցիկլպոլիեթերներ...) 1-ին ներկայացուցիչը: Դրանց հետագայում անվանեցին թաղանթաակտիվ կոմպլեքսոն-ներ կամ իոնոֆորներ4, որոնք գործում են մեծ ընտրողականությամբ և ունակ են լուծույթներում որոշակի ալկալիական մետաղների կատիոնների (նաև NH4+-ի) հետ առաջացնել կոմպլեքսային միացություններ և դրանց անցկացնել կենսաթաղանթների միջով: Վալինոմիցինի մոլեկուլի ցիկլը բաղկացած է հաջորդաբար ամիդային և էսթերային կապերով միմյանց միացած 3 նույնանման ֆրագմենտներից (6 հատ α-ամինաթթուներ և 6՝ α-օքսիթթուներ), որոնցից յուրաքանչյուրը կազմված է հաջորդական դասավորված D-վալինից (D), L-կաթնաթթվից (Բ), L-վալինից (Լ) և D-հիդրօքսիիզովալերիանաթթվից (Ա): Վալինոմիցինի կոնֆորմացիան նման է ապարանջանի, որի ներքին խոռոչը (տրամագիծը 8А0 է, բարձրությունը՝ 4 А0) ճշգրտորեն համընկնում է K+ իոնի չափսերին, իսկ ալկիլ խմբերը Վ-ի մոլեկուլը շրջապատում են լիպոֆիլ թաղանթով, ինչը մոլեկուլի կենտրոնը պահպանում է ջրի թափանցումից: Խոռոչում թաքնված K+ իոնը (նաև Rb) կապված է թթվածնի 6 ատոմներին և մեկուսացված լինելով Վ-ի հիդրոֆոբային պատյանով, հեշտությամբ անցնում է լիպիդային կենսաթաղանթների միջով: Վ-ը Na+ իոնների հետ չի փոխազդում: Վ-ի K / Na ընտրողականությունը հասնում է 10000-ի: Այսպիսով պարզվեց կենսաթաղանթների միջով իոնների տեղափախման մեխանիզմները: Իոնոֆորների հայտնաբերմամբ հնարավոր դարձավ կենդանի համակարգերում նպատակաուղղված կարգավորել իոնների հոսքը: Վալինոմիցինը կալիումի իոնին միանալիս տեղի է ունենում կոնֆորմացիայի փոփոխություն: Բջջի թաղանթի միջով իոնների տեղաշարժման վերջին փուլում իոնը փոխադրվում է լուծույթ: Վ -ի ներկայությունը բջջային կախույթում հանգեցնում է բջիջում K+ իոնների կորստի: Վ -ի օրինակի վրա իոնոֆորային (իոնաընտրողական) սկզբունքը այժմ կիրառվում է ոչ միայն թաղանթային փոխադրումների, այլ նաև այլ տիպի մոլեկուլային թակարդների, կատալիզատորների պատրաստման համար, որոնք ներկայում լայնորեն կիրառվում են քիմիայում: Նույն շարքից նոնակտինը ընտրողաբար կապում է NH4+ իոնները...: Վ -ը օժտված է բարձր հակամանրէային հատկություններով, ինչի կարևորագույն պայմանը որոշակի մեծությամբ ցիկլի առկայությունն է: Առավել ակտիվ են 18 (կամ 36)-անդամանի ցիկլերով հակաբիոտիկները: Մոլեկուլի գծային կառուցվածքով ածանցյալները լրիվ զուրկ են ակտիվությունից:

а – վալինոմիցինի ֆորմուլը, б – Վ-ի և K իոնի կոմպլեքսի արձանը (քար և մետաղ) ИБХ РАН –ի մուտքի մոտ:

Գերմոլեկուլային քիմիայի ուսումնասիրման օբյեկտները գերմոլեկուլները (օլիգոմոլեկուլներ) և գերմոլեկուլային ամղջություններն (պոլիմոլեկուլներ, ансамбль - համակազմ) են:

1. Գերմոլեկուլները մոլեկուլային ճանաչողականության սկզբունքներով, որոշակի ծրագրով մի քանի բաղադրիչների (ընկալիչի և սուբստրատի կամ սուբստրատների) միջմոլեկուլային (ոչ կովալենտային) ասոցման արդյունքում ստացված որոշակի ընդհատ (դիսկրետ) օլիգոմոլեկուլային գոյացումներ են: Հետևաբար, դասական քիմիայում կիրառվող մոլեկուլների սինթեզի մեթոդները հնարավոր չէ օգտագործել նանոչափանի սուպրամոլեկուլների նկատմամբ (ատոմի միջուկի չափսերը 10-15 մ է, 1 նմ = 10-9 մ է): Ընկալիչի (ρ) կողմից սուբստրատի (σ) լրիվ ներառումով (⊂) կամ մասնակի հատումով (∩) առաջացած կոմպլեքսն արտահայտում են նշված մաթեմատիկական սիմվոլներով [A⊂B] կամ [A∩B] –ով, վերջին դեպքում հաճախ նաև՝ [A@B]: Կենտրոնական խոռոչով մեծ օրգանական մոլեկուլը կամ ընկալիչը (ρ) և չափսերով փոքր, առավել պարզ մոլեկուլը կամ իոնը՝ սուբստրատը (σ) պինդ վիճակում գտնվող գերմոլեկուլային կառույցներում համապատասխանում են «տանտեր-հյուր» տերմիններին (VI` ա, բ):

2. Գերմոլեկուլային անսամբլները պոլիմոլեկուլային համակարգեր են, որոնք անորոշ մեծ քանակությամբ բաղադրիչների ինքնաբերական համխմբման հետևանքով (ինքնահավաք՝ որի ընթացքում անջատվում է ջերմություն և փոքրանում է համակարգի էնտրոպիան, ΔS < 0, համակար-գը ձգտում է փոքրացնել Հիբսի էներգիան) վերածվում են յուրատեսակ տարածական կառուցվածքով, որոշակի միկրոսկոպիկ մակարդակով և մակրոսկոպիկ հատկություն-ներով օժտված ֆազի (թաղանթ, շերտ, բյուրեղ, միցել, դոնդող, մեզոմորֆային ֆազ), ինչը նման է կենդանի բջիջներում ներդաշնակ բաղադրիչներից եզակի հատկություններով օժտված բարդ տարածական կառուցվածքների ինքնաբեր ստեղծմանը: Գերմոլեկուլային ագրեգատների հավաքման պրոցեսը դարձելի է, ինչը հնարավորություն է տալիս արտաքին ազդակների՝ լույսի, ջերմաստիճանի, մեխանիկական ազդեցության միջոցով բաղադրիչների հաջորդականության փոփոխման հաշվին ստեղծել նոր հատկություններով նյութեր: Շնորհիվ ինքնակարգավորման և մոլեկուլային ճանաչողականության յուրօրինակ հատկությունների, կենսամոլեկուլները կարող են ընտրողաբար փոխազդել այլ մոլեկուլների հետ, ինչի արդյունքում առաջանում են ԴՆԹ -ի կրկնակի գալարներ և իմունային ռեակցիաներ, որոնց շնորհիվ սինթեզվում են հատուկ ռեցեպտորային սպիտակուցներ, որոնք ի վիճակի են չեզոքացնելու օրգանիզմ թափանցած օտար մարմինները՝ որպես “հյուր” ընդունելով և արտաքսելով օրգանիզմից, հիմնված փոխադարձ կոմպլեմենտարության (ներդաշնակության) սկզբունքի վրա: ԴՆԹ –ի 2 զուգահեռ շղթաները միմյանց նկատմամբ ՛՛հյուր՛՛ կամ ՛՛տանտեր՛՛ չեն: ԴՆԹ -ի դեպքում խոռոչներ չկան և մոլեկուլներն իրենց ֆունկցիան կատարում են միայն միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերով (ջրածնական կապեր) հակառակ ուղղությամբ (որի հետևանքով շղթաների ծայրերը տարբեր են VII, 3՛, 5՛, ) կապված ներդաշնակ շղթայի հետ (VII, կետագծերը ջրածնական կապերն են):

VII Կոմպլեմենտարության սկզբունքն արտահայտվում է ԴՆԹ -ի երկգալարային կառուցվածքում, որն առաջանում է ջրածնական կապերի միջոցով 2 նուկլեոտիդային շղթաների՝ պուրինային և պիրիմիդինային հիմքերի խիստ հաջորդականությամբ կոմպլեմենտար փոխազդեցության արդյունքում: ԴՆԹ -ում պուրինային հիմքերից ադենինի (Ա) և պիրիմիդինային հիմքերից տիմինի (Թ), ինչպես նաև գուանինի (Գ) և ցիտոզինի (Ց) քանակները միմյանց հավասար են (VII): Այսինքն, Ա = Տ, Գ = Ց (Է. Չարգաֆի կանոնը) և ձևավորվում են ադենին-թիմին (Ա-Թ ), գուանին-ցիտոզին (Գ-Ց) զույգավորված կոմպլեքսներ, ինչն առանցքային դեր է կատարում գենետիկ ինֆորմացիայի պահպանման և փոխանցման պրոցեսներում: Առաջին գերմոլեկուլը՝ Կուկուրբիտ (n) ուրիլը (լատ. Cucurbitaceae - դդում, CB[n], Կ, VIII, C6nH6nN4nO2n, n = 5-10, ) սինթեզվել է 1905 թ., սակայն կառուցվածքը բացահայտվել է վերջերս՝ ռենտգենակառուցվածքային անալիզով: Կուկուրբիտը մակրոցիկլային կավիտանդների տրիվիալ անվանումն է: Նման է դդումի կամ առանց հատակի և կափարիչի տակառի: Բարձրությունը 0, 6 նմ է, ներքին տրամագիծը՝ 0, 5 նմ, որը բավարար է այնտեղ ոչ մեծ չափի օրգանական մոլեկուլ կամ իոն տեղադրելու համար: Բաղկացած է մեթիլենային կամրջակներով միացած մի քանի գլիկոուրիլային ֆրագմենտներից: Էկվատորիալ օղակում տեղակալիչների բնույթի ձևափոխումով կարելի է մեծացնել մոլեկուլի լուծելիությունը տարբեր միջավայրերում, որոնցից կուկուրբիտ [5] և [7] ուրիլները լուծվում են ջրում:

Ուժեղ բևեռացված կարբոնիլ խմբի 6 (n) թթվածինները, որոնք “տակառի” համար ապահովում են միանման չափերի ելքը և մուտքը, օժտված են մետաղի իոնները կապելու մեծ ընդունակությամբ, ինչի շնորհիվ Կ- ի մոլեկուլները հաջորդաբար տեղավորվում են միմյանց վրա՝ միանալով մետաղների կատիոնների միջոցով և առաջացնում են անվերջ երկար պոլիմերային շղթաներ, ինչպես մոլեկուլային խողովակներ: Գերմոլեկուլների ստացման համար օգտվում են “տեմպլատային երևույթից “(անգլ. template effect 6): Այսպիսի կարգավորված, մեծ խոռոչներով (որոնց չափերը և ձևը կարելի է վերահսկել) հիբրիդային միացությունները կիրառում են գերմոլեկուլային կատալիզատորների ստեղծման, ինչպես նաև նյութերի բաժանման, մաքրման ... նպատակով: Կ (n) ուրիլների ստացման եղանակի պարզությունը (VIII ), կայունությունը (կայուն է մինչև 400 0C-ում), խոռոչի հիդրոֆոբությունը նպաստում են “հյուրի“ ընդունմանը և պահպանմանը, որը “տանտիրոջ“ հետ կապվում է վանդերվաալսային կամ ջրածնական կապերով: Նման պրոցեսները մեծ նշանակություն ունեն բազմաթիվ կենսական պրոցեսներում՝ ֆերմենտային կատալիզ, բույսերի շնչառություն...: Խոռոչի մեջ հյուրի ներառնման մեխանիզմի ուսումնասիրությունը թույլ է տալիս լուծել բազմաթիվ պրոբլեմներ, որոնցից կարևորը օրգանիզմում դեղանյութերի տրանսպորտը և հասցեատիրոջը հասցնելու պրոցեսների իրականացումն է: Գերմոլեկուլներով ստեղծվում են մոլեկուլային բեռնարկղներ (контейнер)՝ երկարատև ազդեցությամբ դեղաձևերի, ինչպես նաև ընտրողաբար և ժամանակին դեղանյութը անհրաժեշտ օրգանին հասցնելու միջոցների ստեղծման համար: Առավել մեծ չափերով Կ (n) ուրիլի ստեղծումը (n = 5 - 10) հնարավորություն կտա ավելի մեծ չափի “հյուրերի“ ընդունումը: ԳՄ–ի հիմնական ֆունկցիաները՝ (մոլեկուլային ճանաչողականությունը, ձևափոխումը, տրանսպորտը) թույլ են տալիս ստեղծել նանոչափանի կառուցվածքներ, նոր հիբրիդային միացություններ և ընդլայնել դրանց կիրառման ոլորտը:

I. Գերմոլեկուլների հիմնական դասերն են՝ կավիտանդները (կուկուբիտուրիլ - VIII, կալիքսարեններ - IX, ցիկլոդեքստրիններ), կրիպտանդները (X), կարցերանդները (XI), կլատրատները*, ռոտաքսանները (XII), կատենանները (XIII), սֆերանդները (XIV), պորֆիրինները*, ֆթալոցիանինները ևն: Կավիտանդները (լատ. cavitas – դատարկություն), մակրոցիկլեր են բաղկացած մի քանի բենզոլային օղակներից, որոնց գագաթները առաջացնում են խոռոչներ: Իտալացի (Բոլոնյա) հետազոտողները (Պրոդի...) ընկալիչ-կավիտանդի օգնությամբ ստեղծել են էժան, միանգամվա կիրառումով մեզի նմուշում սարկոզինը (N-մեթիլգլիցին, շագանակագեղձի չարորակության կենսամարկերը, ենթադրվում է, որ մետաստազի ժամանակ մեզում սարկոզինի տոկոսը մեծանում է) "որսալու" զգայասարք (сенсор): рН-ի փոփոխությամբ սարկոզինը ընկալիչից անջատում, բացահայտում և քանակապես որոշում են էլեկտրալյումինեցենտային եղանակով:

Կալիքսարենները (IX, Calix-բաժակ, arene-արոմատիկ, կավիտանդներ) ֆենոլի և Ֆորմալդեհիդի ցիկլիկ օլիգոմերացման արգասիքներն են, որոնք արտաքին տեսքով նման են բաժակի: Սրանց հիման վրա սինթեզվում են ընկալիչներ՝ տարբեր մետաղների առանձին կամ խմբակային իոնների ընտրողական անջատման նպատակով: Կ -ի հատկությունները կիրառվում են որպես կատալիզատորներ: Տետրամեթօքսի (թիո) Կ -ը ակվապորին սպիտակուցի նման  իրականացնում է ջրի տեղափոխումը բջջային թաղանթի միջով,  ջրածնի բազմակի մաքրումը CO2-ից (риформинг):

Կալիքս [4] արեն պ- տետրաբութիլ (ա), Կալիքս [4] ռեզորցինալ (բ): Կրիպտանդները (X, հուն. cryptos – թաքնված) ազոտի կամ ածխածնի հանգուցային ատոմներով և թթվածնի, ազոտի, ծծմբի ատոմներ պարունակող երկցիկլային եթերներ են, որոնց ազոտի ատոմները ընդունակ են մոլեկուլի խոռոչում կոորդինացնել մետաղների կատիոնները: Հանգուցային ազոտի ատոմներով կրիպտանդները ստացվում են կարբոնաթթուների քլորանհիդրիդների ացիլացումից ստացված երկցիկլային դիամիդների վերականգնումով: Կրիպտանդների և կրաուն-եթերների ացիկլիկ ածանցյալները կոչվում են պոդանտներ: Կարցերանդները (XI, լատ. Carcer-մենախուց, նիտրոբենզոլի մոլեկուլը կարցերանդի խոռոչում) բավական մեծ տարողունակությամբ և շրջակա միջավայրից լրիվ մեկուսացված (վակուումի տարատեսակ է), քիմիապես իներտ պատերով կարգավորված խոռոչներով գնդաձև օրգանական միացություններ են: Հետևաբար դրանք կարող են կիրառվել անկայուն միացությունների կոնսերվացման նպատակով: Ըստ Բայերի լարվածության տեսության 3- և 4-անդամանի ցիկլային միացությունները անկայունությունը համեմատական է ներքին անկյունների 109028’-ից շեղման աստիճանին: Ցիկլոբութադիենի մոլեկուլի կյանքի տևողությունը չի գերազանցում 1/100 վայրկյանը, իսկ մոլեկուլի քայքայման պատճառը դրա դիմերացումն է, հետևաբար բութադիենի 2 մոլեկուլների ընդհարումը արգելակելով միացության կյանքի տևողությունը կարելի է երկարաձգել: Այդպիսի հնարավորություն տվեցին կարցերանդները (Դ. Կրամ, 1991 թ.): a-պիրոնի ներկայությամբ սինթեզված կվարցերանդի յուրաքանչյուր մոլեկուլի մեջ կարող է տեղավորվել միայն 1 մոլեկուլ բութադիեն: Այս պայմաններում ցիկլոբութադիենի կյանքի տևողությունը հասցվել է տասնյակ րոպեների: «Հյուրը» չի կարող դուրս գալ «մենախցից»՝ առանց քիմիական կապերի խզման, իսկ եթե կարող է, այսինքն խուցը փակ չէ, ապա «տանտերը» կոչվում է հեմի(կիսա)կարցերանդ:

Կլատրատները* (լատ. clathratus – վանդակապատ) պինդ ներառնված գերմոլեկուլներ են (տես նկ.): Ուլտրամարինի բնական կապույտ պիգմենտի բյուրեղական կառուցվածքը, S-S-S անիոնները սոդալիտային (միներալ է, կարկասային սիլիկատ, Na8[AlSiO4]6Cl2) դատարկ վանդակների խոռոչներում: Գազային հիդրատներում ջրի ձևավորված բյուրեղավանդակում ("տանտեր") տեղավորված են գազի ("հյուր") մոլեկուլները և արտաքինից նման են ձյան կամ փխրուն սառույցի: Կլատրատները գազերի բնական շտեմարաններ են:  

Ռոտաքսանները (XII, լատ. rota – անիվ, axis - առանցք) գերմոլեկուլային հյուր-տանտեր տիպի կոմպլեքսներ են և բաղկացած են ցիկլային և գծային կառուցվածքով 2 տիպի մոլեկուլներից, ինչը հիշեցնում է անիվը և առանցքը, որտեղ առանցքի դերում գծային մոլեկուլն է, անիվի դերում ցիկլային կառուցվածքը, որը կարող է պտտվել առանցքի շուրջը կամ տատանվել դրա երկարությամբ: Անիվը առանցքից դուրս թռչել չի կարող՝ վերջինի ծայրերում գերմոլեկուլային կառույցների պատճառով: Մեխանիկական կապ է: Երկու մոլեկուլների նման միակցումը ունակ է ընդլայնվելու և սեղմվելու (մկանային մոլեկուլ): Մի խումբ գիտնականներ (CNR-ISMN, Բոլոնյա, "CNews.ru") մշակել են տեղեկությունների պահման մոլեկուլային սարք, որտեղ որպես փոխարկիչ տարրեր օգտագործում են ռոտաքսանային դասի մոլեկուլներ, ինչը հնարավորություն է տալիս տվյալների պահման խտությունը հասցնել մինչև 100 Գբիտ/դյույմ (2, 54 սմ): Կատենանները (XIII, լատ. catena - շղթա) 2 կամ ավելի ցիկլային կառուցվածքով մոլեկուլների փակ շղթայական, միմյանց ագուցված միացություններ են: ԴՆԹ-ի որոշ մոլեկուլներում կատենանային կառուցվածքների քանակի մեծացումը լեյկեմիայի (արյունաստեղծ օրգանների չարորակ հիվանդություններ) նախանշան է:

Սֆերանդները լիպոֆիլային արտաքին թաղանթով են և ընտրողական Li+ -ի նկատմամբ: II. Անսամբլներ – միցելներ, լիպոսոմներ, վեզիկուլներ, թաղանթներ (մոլեկուլային մաղեր), հեղուկ բյուրեղներ*: Միցելները (XIV, լատ. micella – փշրանք) բարձրադիսպերս լիոֆիլ (հիդրոֆիլ) կոլոիդային համակարգի (մակերեսային ակտիվ նյութերի լուծույթներ, ՄԱՆ - ПАВ*) հեղուկ դիսպերսային միջավայրով, հարյուրավոր ամֆիլ մոլեկուլների ասոցումից առաջացած ագրեգատ է, բաղկացած միջուկից և մոլեկուլների կամ իոնների շերտով շրջապատված արտաքին կայունացնող թաղանթից՝ 1 – 100 նմ տրամագծով:

Միցելի գերմոլեկուլում երկար հիդրոֆոբային (ջրախույս) ռադիկալները կապված են բևեռացված (ջրասեր - հիդրոֆիլ) խմբերի հետ: Հիդրոֆիլ կոլոիդային լուծույթներում (լիոզոլերում) հիդրոֆոբ ռադիկալները կազմում են միցելի ներքին իսկ հիդրոֆիլները՝ մակերևույթային շերտը: Եթե դիսպերսային միջավայրը օրգանական հեղուկ է, ապա միցելի մոլեկուլում կողմնորոշումը փոխվում է՝ միջուկը դառնում է հիդրոֆիլ իսկ հիդրոֆոբ խմբերը կազմավորում են արտաքին շերտը (հակադարձ միցել):

Լուծույթում ՄԱՆ-ի այն կոնցենտրացիան, որի պայմաններում համակարգում առաջանում են չասոցված ՄԱՆ-ի մոլեկուլների հետ հավասարակշռության մեջ գտնվող կայուն միցելներ, կոչվում է միցելաառաջացման բեկումային (կրիտիկական) կոնցենտրացիա: Լիպոսոմները (XV, անգլ. liposome, հեղուկ միկրոսկոպիկ պղպջակ, շրջապատված մեկ կամ մի քանի լիպիդային երկշերտ թաղանթով) — գնդաձև վեզիկուլներ են: Առաջանում են ֆոսֆոլիպիդների և ջրի փոխազդեցությունից: Ներքին խոռոչում գտնվում է ջուր կամ լուծույթ: Լիպոսոմի տրամագիծը 20 նմ –ից (եթե պատերը կառուցված են մեկ երկշերտից) մինչև 10-50 մկմ է (եթե պատերը կառուցված են տասնյակ կամ հարյուրավոր երկշերտերից): Լիպոսոմների միջոցով ուսումնասիրում են թաղանթների վրա հակաբիոտիկների, վիտամինների, հորմոնների ևն ազդեցությունը: Գաղտնի չէ, որ որոշ հիվանդությունների բուժման համար ստիպված են կիրառելու խիստ թունավոր դեղանյութեր, որոնք արդյունավետ են տվյալ օրգանի կամ հյուսվածքի վրա դրանց անմիջականորեն ազդելու դեպքում: Այս տեսակետից լիպոսոմային “բեռնարկղները” հնարավորություն են տալիս թունավոր դեղանյութերը հասցնել անհրաժեշտ օրգանին, շրջանցելով օրգանիզմի զգայուն մասերը: Վեզիկուլները (լատ. vesicula – փուչիկ) գերմոլեկուլային անսամբլներ են, որոնց ներքին դատարկ խոռոչը լցված է որևէ նյութի լուծույթով: Ինտերկալատները (լատ. intercalatus – ներդրված) առաջանում են բյուրեղական նյութերի միջշերտային տարածքներում որևէ ազդանյութի տեղադրումով: Օրգանական քիմիայում ընդունված անվանակարգը մակրոցիկլերի համար շատ բարդ է և անհարմար: Մակրոցիկլերի համար քիմիկոսները սովորաբար օգտվում են ոչ համակարգային (տրիվիալ7) անվանումներից, նկատի ունենալով մոլեկուլային մոդելների արտաքին տեսքը, նմանեցնելով սննդային, կենցաղային, կենդանական, բուսական…ծագումով նյութերին (բաժակ, զամբյուղ, թիթեռ, ջայլամ, դդում...) ուրույն համարակալումով: Ցիկլոպոլիեթերներին անվանում են կրաուն (լատ. corona-թագ) –եթերներ, թվարկելով ցիկլում ատոմների, ինչպես նաև եթերային, արոմատիկ և այլ տեղակալիչների, երբեմն նաև ցիկլերի և հետերոատոմների թիվը (տես նկ. 1, 2): Միացությունները, որոնք օրգանական մոլեկուլների հետ ունակ են առաջացնելու «տանտեր-հյուր» տիպի կոմպլեքսներ, կիրառվում են օրգանական նյութերի բաժանման ու մաքրման, դրանց ակտիվացման, արդյունաբերության մեջ հոսող ջրերից թանկագին և գունավոր մետաղների կորզման, իզոտոպների բաժանման, որոշ հայտնի դեղանյութերի (սուլֆանիլամիդներ, կատեխոլամիններ, ամինաթթուներ, պուրինային և պիրիմիդինային հիմքեր, պեպտիդներ...) բեռնարկղների ստացման («տանտեր») համար, ինչը տալիս է նոր սերնդի դեղերի ստեղծման հնարավորություն և մեծ նշանակություն ունի ջերմամիջուկային ռեակտորների կառուցման բնագավառում: Որոշ իոնոֆորներ հզոր պեստիցիդներ են, որոնք ընտրողաբար ազդում են այս կամ այն թիրախի վրա՝ չխախտելով միջավայրի բնապահպանությունը: Կրաուն-եթերները կիրառում են Ca40 - Ca44, Na23 - Na24, Li6 - Li7 իզոտոպների բաժանման, օրգանիզմում որոշ իոնների քանակի փոփոխություններից կախված հիվանդությունների բուժման, օրգանիզմից վտանգավոր կամ ռադիոակտիվ իոններից ազատվելու նպատակով:

⦁ Տրանսվերսիան (լատ. transversus- շուռ տված) - մուտացիա է (թռիչքաձև որակափոխություն) պայմանավորված նուկլեինաթթվի մոլեկուլում պուրինային և պիրիմիդինային հիմքերի տեղափոխումներով: ⦁ Տրանսկրիպցիան (transcription- արտագրություն) – բջիջում գենետիկ ինֆորմացիայի իրացման առաջին փուլն է, որի ընթացքում ԴՆԹ-ի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը սահմանում է ՌՆԹ-ի նուկլեոտիդային հաջորդականության կարգը: Տ-ի հակառակ պրոցեսը կոչվում է ռեվերտազ (Ревертаза): ⦁ Տրանսլյացիան կամ փոխհաղորդումը պրոցես է՝ գենետիկ ինֆորմացիայի իրացման երկրորդ փուլը՝ մատրիցային ՌՆԹ-ի հաջորդականությունը փոխհաղորդվում է սինթեզվող սպիտակուցի ամինաթթվային հաջորդականությանը: ⦁ Իոնոֆորները (իոններ և հուն. phoros - կրող) կենսաթաղանթների միջով ալկալիական, հողալկալիական մետաղների կատիոնների և NH4+ -ի ընտրողական տեղափոխումը իրականացնող նյութեր են: ⦁ Զոմբի (անգլ. ⦁ англ⦁ . zombie) – առեղծվածային կերպար է, որի տակ հասկացվում է ֆանտաստիկ ձևով կենդանացած դիակ կամ իր և իր մարմնի նկատմամբ վերահսկողությունը լրիվ կորցրած զոմբիացված կենդանի մարդ, ով գտնվում է այլ մարդու կամ հայացքների ու գաղափարների ուժեղ ազդեցության տակ և անվերապահորեն ենթարկվում է արտաքին հրամաններին: ⦁ Տեմպլեյտային երևույթը (անգլ. ⦁ template effect) ռեակցիոն խառնուրդ տեմպլատի ներմուծումով գերմոլեկուլային կոմպլեքսի ստացման ռեակցիայի ելքի բազմակի մեծացումն է: Տեմպլատը (անգլ. ⦁ template⦁ , ⦁ մատրից⦁ , ⦁ կառուցվածք) իր շուրջը հավաքում է ցածրամոլեկուլային միացությունները՝ մեծացնելով կոմպլեքսի առաջացման հավանականությունը կողմնակի նյութերի համեմատ: ՏԵ -ը ունի կինետիկական և ընտրողական բնույթ, այն արագացնում է հիմնական ռեակցիան, սակայն չի ազդում կողմնակի ռեակցիաների վրա: Օր., 18-կրաուն-6 ցիկլի առաջացումը K+ իոնի ներկայությամբ: ՏԵ -ը կարևոր դեր է խաղում մակրոցիկլային միացությունների սինթեզում: ⦁ Տրիվիալ անվանումը (լատ. Trivialis - բառացի 3 ճանապարհների խաչմերուկ, փողոցային, կենցաղային, առօրյա) – որևէ նյութի կամ երևույթի գիտական անվանակարգումով չընդունված հանրահայտ անվանումն է, որն առաջացել է մինչ գիտության մեջ քիմիական կառուցվածքների արտահայտման համընդհանուր անվանակարգի (⦁ IUAC  - International Union of Pure and Applied Chemistry, ИЮПАК) ներմուծումը ու տարածված է քիմիայի, կենսաբանության և բժշկության մեջ: ՏԱ-ը չի արտացոլում նյութի քիմ. կառուցվածքը, այլ` արտաքին տեսքը, իրական կամ մտածածին յուրահատկությունները ևն և մեծ մասը ներմուծված են ալքիմիկոսների կողմից: ՏԱ-ը ներկայում ևս կիրառում են ոչ միայն կենցաղում, եթե դրանք առավել կոմպակտ են և հասկանալի (տես Աղյ.): Այս հարցի շուրջը քիմիկոսների միջև ընդհանուր համաձայնություն չկա: