Endoedral fulleren
**akromolekulyar hujayralarda** molekulyar ramka bilan o'ralgan uch o'lchovli kameralar mavjud. Makromolekulyar qafas arxitekturalari 1 dan 50 gacha bo'lgan turli o'lchamlarda bo'ladi nm va turli topologiyalar va funktsiyalarga ega. Ular kovalent bog'lanish yoki kovalent bo'lmagan o'zaro ta'sirlar orqali o'z-o'zini yig'ish orqali sintezlanishi mumkin. O'z-o'zini yig'ish natijasida hosil bo'lgan ko'pchilik makromolekulyar katakchalar pH, harorat va erituvchi qutbliligiga sezgir.

Ko'p yuzli metal oragnik
------------------------

 MOP sintezi
Metall organik poliedralar (MOP) o'ziga xos muvofiqlashtirish natijasida hosil bo'lgan va odatda kimyoviy va termal jihatdan barqaror bo'lgan o'z-o'zidan yig'ilgan makromolekulyar qafasning o'ziga xos turini o'z ichiga oladi. MOPlar yopiq bo'shliqqa ega bo'lgan qafasga o'xshash ramkalarga ega. MOPlarni yuqori nosimmetrik arxitekturaga aylantirish uchun metall ionlari va organik iskalalarning diskret o'z-o'zini yig'ishi modulli jarayon bo'lib, turli xil ilovalarga ega. Yuqori simmetriyaga olib keladigan turli bo'linmalarning o'z-o'zidan yig'ilishi biologik tizimlarda keng tarqalgan hodisadir. Bunga o'ziga xos misollar ferritin, kapsid va tamaki mozaikasi virusi bo'lib, ular oqsil bo'linmalarining ko'p burchakli simmetriyaga o'z-o'zidan yig'ilishi natijasida hosil bo'ladi. Metall ionlari va organik bog'lovchilar bilan hosil bo'lgan biologik bo'lmagan polihedralar metallga asoslangan makromolekulyar katakchalar bo'lib, ular kichik molekulalarning o'tishi va o'tishiga imkon beruvchi bir nechta teshiklari yoki teshiklari bo'lgan nanokavazalarga ega. MOPlar turli xil mezbon-mehmon o'zaro ta'sirlari (masalan, elektrostatik o'zaro ta'sirlar, vodorod bog'lanishi va sterik o'zaro ta'sirlar) orqali bir qancha mehmonlarni qamrab olish uchun ishlatilgan. MOPlar biomedikal va biokimyoviy ilovalar uchun potentsialga ega biomimetik materiallardir. Qafas samarali ishlashi va biomedikal ahamiyatga ega bo'lishi uchun u kimyoviy jihatdan barqaror, biologik mos bo'lishi va suvli muhitda mexanik ishlashi kerak. Umuman olganda, makromolekulyar kataklardan turli xil ilovalar uchun foydalanish mumkin (masalan, nanokapsulyatsiya, biosensing, dori vositalarini etkazib berish, nanozarrachalar sintezini tartibga solish va kataliz ).

Qafas shaklidagi polimerlar
---------------------------

O'z-o'zini yig'ishdan farqli o'laroq, kovalent bog'lanish orqali sintetik ravishda hosil bo'lgan makromolekulyar kataklarning bir sinfi ham mavjud. Kovalent bog'lanishni shakllantirish strategiyasi orqali qafas molekulalari sozlanishi funksionallik va tartibga solinadigan bo'shliq hajmi bilan metodik ravishda sintezlanishi mumkin. Qafas shaklidagi polimerlar kriptond kabi molekulyar kataklarning makromolekulyar analoglaridir. Ushbu turdagi katak molekulasi polimerizatsiya darajasiga qarab sozlanishi mumkin. Odatda polimer asosidagi makromolekulyar kataklarni yaratish uchun ishlatiladigan polimerlar yulduz shaklidagi polimerlar yoki chiziqli bo'lmagan polimer prekursorlari bilan tayyorlanadi. Polimerik makromolekulyar katakning molekulyar hajmi yulduz shaklidagi polimer yoki tarvaqaylab ketgan polimerning molekulyar og'irligi bilan boshqariladi. Chiziqli bo'lmagan polimerlardan tayyorlangan makromolekulyar katakchalar molekulyar tanib olish, tashqi ogohlantirishlarga javob berish va yuqori tartibli tuzilmalarga o'z-o'zini yig'ish uchun mo'ljallangan.

Fullerenlar
-----------

Fullerenlar birinchi marta 1985 yilda kashf etilgan uglerod allotroplari sinfidir va shuningdek, makromolekulyar kataklarning namunasidir. Bukminsterfulleren (C 60 ) va bu molekulaning 60 ta atomi qafasga o'xshash tuzilishga joylashtirilgan va ramka futbol to'piga o'xshaydi; molekula ikosahedral simmetriyaga ega.  C 60 makromolekulyar qafas tuzilishi tufayli ko'p qirrali ilovalarga ega; Masalan, u suvni tozalash, kataliz, biofarmatsevtika uchun ishlatilishi mumkin, MRI uchun radionuklidlarning tashuvchisi bo'lib xizmat qiladi va dori vositalarini etkazib berish.

Biologiyada makromolekulyar qafas arxitekturasi
-----------------------------------------------

 RNK ekzosomasi - bu RNK molekulalarining parchalanishini katalizlovchi nukleaza faolligiga ega bo'lgan biomolekulyar qafas. Yuqorida spiral oqsil ramkaga ega bo'lgan butun RNK ekzosomasi va RNK parchalanishi sodir bo'ladigan markaziy kamera ko'rsatilgan.
 Tamaki mozaikasi virusining oqsil qoplami tasvirlangan; kapsidlar deb nomlanuvchi virus oqsili qoplamalari tabiatdagi makromolekulyar hujayralarga misol bo'la oladi. Protein qobig'i virusli genomik ma'lumotni o'z ichiga olgan ichi bo'sh kamerani o'z ichiga oladi.
 Ferritin tashqi diametri 12 nm ga yaqin va ichki diametri 7-8 nm bo'lgan ichi bo'sh shar. Ferritinning ichki kamerasi temirni temir holatida o'zlashtiradi yoki bog'laydi va temirni temir yoki uch valentli holatda saqlaydi.
Biologik tizimlarda oqsil kataklari deb nomlanuvchi yuqori nosimmetrik makromolekulyar qafas motiflarining ko'plab misollari mavjud. *Protein qafasi atamasi oqsil* bo'linmalarining ichi bo'sh makromolekulyar nanozarrachalarga o'z-o'zidan yig'ilishi natijasida hosil bo'lgan turli xil protein tuzilmalarini belgilaydi. Ushbu protein qafaslari o'zlarining tuzilishida bir yoki bir nechta bo'shliqlarga ega bo'lgan nanopartikullardir. Bo'shliqning o'lchami bo'shliqni o'rab olishi mumkin bo'lgan zarracha hajmiga yordam beradi, masalan, noorganik nanozarralar, nuklein kislotalar va hatto boshqa oqsillar.Protein qafasining ichki qismiga yoki kamera qismiga odatda oqsil bo'linmalari orasida joylashgan teshik orqali kirish mumkin. RNK ekzosomasi 3' RNK degradatsiyasi sodir bo'ladigan bo'shliqda mavjud bo'lgan nukleaza faol joylarga ega; bu bo'shliqqa kirish g'ovak tomonidan nazorat qilinadi va bu nazoratsiz RNK parchalanishining oldini olishga xizmat qiladi. Ba'zi oqsil kataklari tashqi ogohlantirishlarga javoban yig'iladigan va qismlarga ajratiladigan dinamik tuzilmalardir. Protein kataklarining boshqa misollari - klatrin qafaslari, virusli konvertlar, chaperoninlar va temir saqlovchi protein ferritin.

Makromolekulyar kataklarni shakllantirish uchun sintetik strategiyalar
----------------------------------------------------------------------

Polimer makromolekulyar kataklarni hosil qilish uchun turli usullar qo'llaniladi. Sintetik usullardan biri birinchi bosqichda halqani ochish va ko'p marta bosish kimyosidan foydalanib, trefoil va quatrefoil shaklidagi polimerlarni hosil qiladi, keyinchalik ular gidrogenoliz yordamida topologik ravishda kataklarga aylantirilishi mumkin. Ushbu sintezning tashabbuskori azido va gidroksi-funksionallashgan *p* -ksilen, monomer esa butilen oksididir. Butilen oksidining halqani ochish polimerizatsiyasi va bir vaqtning o'zida bosish siklizatsiyalari tashabbuskor bilan *t* -Bu-P 4 tomonidan katalizlanadi. Ushbu sintetik strategiya qafas shaklidagi polibutilen oksidlarini hosil qilish uchun ishlatilgan; qafas shaklidagi blokli sopolimerlar ham xuddi shunday usul yordamida hosil qilinadi. Sintetik strategiyalardan biri atom transferi radikal polimerizatsiyasi va sakkizinchi raqam va qafas shaklidagi polistirol hosil qilish uchun kimyo usullaridan foydalanadi; bu holda prekursor chiziqli bo'lmagan polistiroldir. Boshqa sintetik strategiya yulduz polimerining molekulyar halqani ochuvchi metateza oligomerizatsiyasidan foydalanadi va bu reaksiya usuli suyultirilgan Grubbning uchinchi avlod katalizatori tomonidan katalizlanadi.

Kovalent organik ramkalar (COFs) ham qafas arxitekturasini shakllantirish uchun ishlatilgan va shunga o'xshash bir misolda makromolekulyar qafas molekulasini shakllantirish uchun Shiff bazasi siklizatsiyasi ishlatilgan. Bu sintezda 1,3,5-triformilbenzol va ( *R,R* )-(1,2)-difeniletilendiamin katalizator sifatida trifloroatsetik kislota bilan diklorometanda sikloiminatsiyaga uchraydi va COF katak molekulasini hosil qiladi. Makrosikllanishlar peptoid asosidagi makromolekulyar kataklarni hosil qilish uchun ham qo'llanilgan, o'ziga xos metodologiya ikki va uch marta Ugi tipidagi makrosikllanish reaktsiyalaridan foydalangan holda steroid-aril gibrid kataklarni hosil qilish uchun bitta qozonli sintezdan foydalanadi.

### Biomolekulalardan yaratilgan genetik jihatdan yaratilgan makromolekulyar katakchalar

Makromolekulyar kataklarni biomolekulalar yordamida sintetik usulda ham hosil qilish mumkin. Protein qafaslari genetik jihatdan ishlab chiqilishi mumkin va qafasning tashqi tomoni protein-polimer konjugasiyasi deb ataladigan sintetik polimerlar bilan moslashtirilishi mumkin. Oldindan tuzilgan polimer zanjirlari kimyoviy bog'lovchilar yordamida oqsil yuzasiga biriktirilishi mumkin. Polimerlanish oqsil yuzasidan ham sodir bo'lishi mumkin va polimer elektrostatik o'zaro ta'sirlar orqali oqsil kataklari yuzasiga ham bog'lanishi mumkin. Ushbu modifikatsiyaning maqsadi sintetik protein kataklarini ko'proq bio -uyumli qilishdir; bu post sintetik modifikasyon protein qafas bir immun javob uchun kamroq sezgir qiladi va proteazların degradatsiyadan qafas barqarorlashtiradi.Virusga o'xshash oqsil (VLP) kataklari ham sintez qilingan va virusga o'xshash bo'lmagan oqsillarni hosil qilish uchun rekombinant DNK texnologiyasidan foydalanilgan. Mahalliy bo'lmagan VLP konstruktsiyalarining kapsidga o'xshash tuzilishga aylanishining birinchi xabar qilingan holati yadrolanish uchun funktsionallashtirilgan oltin yadrodan foydalangan. VLP ning o'z-o'zini yig'ishi mahalliy virusning nuklein kislotasi komponenti bilan o'zaro ta'siriga o'xshash funktsionallashtirilgan oltin nanozarrachalarining elektrostatik o'zaro ta'siridan boshlangan. Ushbu virusli oqsil qafaslari biosensing va tibbiy tasvirlashda potentsial ilovalarga ega. DNK origami - makromolekulyar kataklarni yoki konteynerlarni shakllantirishning yana bir strategiyasi. Bir holatda, 2D origamidagi sintetik strategiya asosida ikosahedral simmetriyaga ega (virusli kapsidlarga o'xshash) 3D makromolekulyar qafas shakllangan. Strukturaning ichki hajmi yoki piramidaga o'xshash uchburchak yuzlar bilan o'ralgan ichi bo'sh bo'shliq bor edi. Bu yaqin qafas oqsillar va metall nanozarrachalar kabi boshqa materiallarni potentsial ravishda qamrab olish uchun mo'ljallangan.

Manbaalar
---------

1. 1 2 3 4  Ahmad, Nazir; Younus, Hossein A.; Chughtai, Adeel H.; Verport, Francis (2015). "Metal-organic molecular cages: applications of biochemical implications". *Chemical Society Reviews* **44** (1): 9–25. doi:10.1039/C4CS00222A. PMID 25319756.
2. ↑  Bolskar, Robert D. „Fullerenes for Drug Delivery",*. Encyclopedia of Nanotechnology*. SpringerLink, 2016 — 23 bet. DOI:10.1007/978-94-017-9780-1\_76. ISBN 978-94-017-9779-5.
3. ↑  Rother, Martin; Nussbaumer, Martin G.; Renngli, Kasper; Bruns, Nico (2016). "Protein cages and synthetic polymers: a fruitful symbiosis, for drug delivery applications, bionanotechnology, and materials science". *Chemical Society Reviews* **45** (22): 6213–6249. doi:10.1039/C6CS00177G. PMID 27426103.
4. 1 2  Satoh, Yusuke; Matsuno, Hirohiko; Yamamato, Takuya; Tajima, Kenji; Isono, Takuya; Satoh, Toshifumi (2017). "Synthesis of Well-Defined Three- and Four-Armed Cage-Shaped Polymers via "Topological Conversion" from Trefoil- and Quatrefoil-Shaped Polymers". *Macromolecules* **50** (1): 97–106. doi:10.1021/acs.macromol.6b02316.
5. ↑  Lee, Taeheon; Oh, Joongsuk; Jeong, Jonghwa; Jung, Haeji; Huh, June; Chang, Taihyun; Paik, Hyun-jong (2016-05-24). "Figure-Eight-Shaped and Cage-Shaped Cyclic Polystyrenes". *Macromolecules* **49** (10): 3672–3680. doi:10.1021/acs.macromol.6b00093. ISSN 0024-9297.
6. ↑  Mato, Yoshinobu; Honda, Kohei; Tajima, Kenji; Yamamato, Takuya; Isono, Takuya; Satoh, Toshifumi (2019). "A versatile synthetic strategy for macromolecular cages: intramolecular consecutive cyclization of star-shaped polymers". *Chemical Science* **10** (2): 440–446. doi:10.1039/C8SC04006K. PMID 30746091. PMC 6335864. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=6335864.
7. ↑  Bojdys, Michael J.; Briggs, Michael E.; Jones, James T. A.; Adams, Dave J.; Chong, Samantha Y.; Schmidtmann, Marc; Cooper, Andrew I. (2011-10-19). "Supramolecular Engineering of Intrinsic and Extrinsic Porosity in Covalent Organic Cages". *Journal of the American Chemical Society* **133** (41): 16566–16571. doi:10.1021/ja2056374. ISSN 0002-7863. PMID 21899280.
8. ↑  Rivera, Daniel G.; Wessjohann, Ludger A. (June 2006). "Supramolecular Compounds from Multiple Ugi Multicomponent Macrocyclizations: Peptoid-based Cryptands, Cages, and Cryptophanes". *Journal of the American Chemical Society* **128** (22): 7122–7123. doi:10.1021/ja060720r. ISSN 0002-7863. PMID 16734440.
9. 1 2  Chen, Chao; Daniel, Marie-Christine; Quinkert, Zachary T.; De, Mrinmoy; Stein, Barry; Bowman, Valorie D.; Chipman, Paul R.; Rotello, Vincent M. *et al*. (April 2006). "Nanoparticle-Templated Assembly of Viral Protein Cages". *Nano Letters* **6** (4): 611–615. doi:10.1021/nl0600878. ISSN 1530-6984. PMID 16608253.
10. 1 2  Ke, Yonggang; Sharma, Jaswinder; Liu, Minghui; Jahn, Kasper; Liu, Yan; Yan, Hao (2009-06-10). "Scaffolded DNA Origami of a DNA Tetrahedron Molecular Container". *Nano Letters* **9** (6): 2445–2447. doi:10.1021/nl901165f. ISSN 1530-6984. PMID 19419184.