Nanorobotok bennünk, hogyan sejtek működését, Popular Mechanics magazin
Becslések szerint a biológusok, az élő sejt van körülbelül negyven ismert sci-molekuláris gépek. Ezek hordozzák rengeteg molekuláris „sínek” cselekedni, mint „kapcsolók” és a „kapcsolók” kémiai folyamatok. Gép molekulák energianyerés az élet fenntartásához, csökkenti az izmaink és épít más molekuláris gépek. És inspirálja a tudósok, hogy építsenek egy mesterséges nanorobots, hogy képes lesz élni és dolgozni a sejten belüli világot a jövőben.
Elképzelni, mitől és hogyan Gulliver tudósok épít-törpék robotok, láttuk több nanogépeket által létrehozott természet maga.
bakteriális csillók
A híres magyar biokémikus, akadémikus Vladimir Skulachev úgynevezett bakteriális mozgást az egyik legszembetűnőbb jelenség a természet: „Témaválasztásának vereségével a mi arrogáns sznobizmus, mint az a tény, hogy a biológiai evolúció volt, mielőtt évmilliárdok, nem volt képes újra feltalálni a kereket.”
A mozgás a folyékony közegben, néhány baktérium használni egy forgó flagellum, tartalmazott mikroszkopikus motor összeszerelt több fehérjemolekulák. Letekerése 1000 ford / perc, köldökzsinór baktérium tolja előre a szokatlanul magas - 100-150 m / s. Egy második egysejtű mozog távolságban haladó hossza több mint 50 alkalommal. Ha ez lefordítani a szokásos érték, a sportoló úszók növekedése 180 cm lenne, hogy átlépje a 50 méteres medencében fél másodpercig!
Anyagcsere baktérium úgy van elrendezve, hogy a pozitív hidrogénionok (protonok) halmozódik között a belső és külső membrán annak sejtek. Ez létrehoz egy elektrokémiai potenciált elsodorja protonok intermembránján térből a sejtbe. Ez proton fluxus halad át a „motor”, ami azt mozgatni.
Fehérje szerkezet "motor" említett Mot komplex, ami viszont, áll fehérjéből Mot A (állórész) és Mot B (rotor). Ion csatornák vannak elrendezve oly módon, hogy a mozgás az protonok hatására a forgórész spin, mint egy turbina. Manipulálásával a fehérje szerkezetét, egyes baktériumok képesek megváltoztatni az irányt és a sebességet a mozgás, és néha még egy „vissza”.
Jelenléte a forgó alkatrészek egy élő szervezet először úgy tűnt, annyira hihetetlen, hogy igényel komoly kísérleti igazolását. Ilyen bizonyíték megszerzésének egy pár. Így, a tudományos laboratóriumokban Skulachev baktérium jellegzetes alakja (félhold alakú, amelynél a mellső résznek van egy homorú baktériumok, hátsó - konvex) flagellum kapcsoltunk üveg és megfigyelt ez egy mikroszkóp. Jó volt látni, hogy a baktérium forog folyamatosan mutatja csak az első a megfigyelő, a „beesett mellkas”, és soha nem fordult „vissza”.
A rendszer a „motor” baktériumok sokkal több, mint műszaki rajz, mint a kép egy élő organizmus. A fő elem egy „motor” - Mot fehérjét ioncsatornák, amelyen keresztül protonok áramlás hatására a forgórész forgatásához a turbina.
ATP szintáz
Proton ATP szintáz - a legkisebb a természetben biológiai motor szélessége 10 nm. Segítségével élő organizmusok adenozin-trifoszfát (ATP) - olyan anyag, amely arra szolgál, mint a fő energiaforrás a sejtben.
ATP áll adenozin (jól összekeverjük számunkra ismerős a DNS-bázis az adenin és ribóz cukor és három sorozatban ehhez csatlakozó foszfát-csoportokat. A kémiai kötések közötti foszfát csoportok nagyon erős és amelyek sok energiát. Ez a konzerv energia hasznos lehet táplálni sokféle biokémiai reakciók. azonban először kell egy bizonyos módon, hogy az energia, hogy a csomagolás adenozin és foszfát csoportok az ATP molekula. Ez a célja az ATP szintáz.
Bekerül zsírsavak és a glükóz számos ciklus, amelynek során különleges légzési lánc enzimek evakuáltuk pozitív hidrogénionok (protonok) a intermembrán helyet. Ott protonok felhalmozódnak csapatok a csata előtt. Ez lehetőséget teremt: elektromos (pozitív töltések a külső a mitokondriális membrán, organellumok belsejében negatív) és kémiai (különbség van a hidrogénion-koncentráció: mitokondriumok belül kisebb kívül több).
Ismeretes, hogy az elektromos potenciálkülönbség a mitokondriumok, amely egy jó szigetelő, eléri a 200 mV membrán vastagsága mindössze 10 nm.
Felhalmozódnak intermembránján tér, protonok, mint az elektromos áram, rohanás vissza a mitokondrium. Ezek áthaladnak speciális csatornákon az ATP-szintáz, amely beépül a belső oldalán a membrán. proton patak forog a rotor, ha a folyó vízimalom. A rotor forog sebességgel 300 fordulat másodpercenként, ami hasonló a maximális sebessége a motor az autó, „Formula 1”. ATP szintáz alakja lehet hasonlítani egy gomba, „növekvő” a belsejében a mitokondriális membrán, amelyben a forgórész a fent leírt el van rejtve a „micélium”. „Leg gomba” együtt forog a rotor, és annak végén (belsejében a „sapkák”) rögzített excentrikus bizonyos hasonlóságot. Rögzített „kalap” van osztva három szegmensre, amelyek mindegyike deformálódik, a sűrített során áthaladását az excentrikus. A „szelet» csatolt molekula adenozin-difoszfát (ADP, két foszfát-csoportokat), és foszforsav-maradékokkal. Abban az időben a kompressziós ADP és a foszfát egymáshoz szorítva, eléggé, hogy kémiai kötést alkot. Egy fordulata alatt „excentrikus” deformálja a három „szelet”, és létre három molekula ATP. Beszorozva ezt a másodpercek száma egy nap alatt, és megközelítő mennyiségét ATP szintázok a szervezetben, akkor kap egy meglepő adat: minden nap az emberi szervezet által termelt mintegy 50 kg ATP.
Mivel a baktériumok esetében a csilló, a mozgás ATP szintáz rotor kísérletileg igazoltuk: rögzíti a forgó része fluoreszcens festékkel jelzett fehérje aktin, mint egy hosszú menet, a kutatók látták a saját szememmel, hogy forog. És ez annak ellenére, hogy az arány a mérete őket, mintha egy ember felmutatta egy két kilométeres ostor.
A kinezin - lineáris molekuláris motort, hogy mozog a ketrec mentén felüljárók - polimer szálak. Lumper ha elhúzódik magát különböző terhelések (mitokondriumok, lizoszómák) használva, mint üzemanyag-molekula ATP.
Külsőleg kinezin, mint egy játék „ember” a vékony fonott kötelek: ez két azonos polipeptid lánc, a felső végei, amelyek a szövött és egymáshoz, és elrendezve az alsó oldalon, és a „cipő” véget ér - globuláris fej mérete 7,5 x 4 5 nm. Amikor mozog a fej alsó végein váltakozva jön le a polimer „utak” kinezin van forgatva 180 fokkal a tengelye körül, és átrendezi egyik alsó „stop” előre. Továbbá, ha az egyik végét a mozgás tölti energiával (ATP-molekula), a másik ebben az időben, hogy létrehozzák a komponens energiát szabadít ADP. Az eredmény egy folyamatos etetés és az energiafelhasználás ciklus hasznos munkát.
Tanulmányok kimutatták, hogy kinezinnel képes meglehetősen fürgén ingerlés a ketrec az ő „kötél” láb: egy lépést hossza 8 nm, egy pillanatra költözött be egy óriási cella méri a távolságot 800 nm, vagyis teszi 100 lépés másodpercenként. Próbáld meg elképzelni, mint a sebesség, az emberi világban!
Kinezin séta „utak” a mikrotubulusasszociált hordoz különböző rakományok a ketrecben
mesterséges nanogépeket
A férfi, aki tolta a tudományos világ létrehozásához nanorobots alapján biológiai molekuláris eszközök vált kiemelkedő fizikus, Nobel-díjas Richard Feynman. Előadásában 1959-ben a szimbolikus nevet „Down még mindig van egy csomó hely” bio-mérnökök a világ úgy vélik, a kiindulási pont ebben a nehéz kérdésben.
Transzfer alapú rotaxane molekula mentén mozog a lineáris gyűrű alakú, amelyen azt tartják egy proton (csökkenti vagy növeli a hidrogénkötések, hogy tartsa a kapus gyűrű molekula) és a Brown-mozgás, a nyomógyűrű előre. Ez hasonló öntött a patak gumilabda csatolt egy kötelet: a kötél meglazult (hidrogénkötések) és a gyors folyam (Brown mozgás) felveszi a labdát, és csábítani őt előre. Húzta a kötelet - a labda visszatér ezelőtt.
Ennek ellenére a kutatók optimisták megtekintéséhez fejlődésüket. „Kapsz egy gép, amely pontosan mozog, felveti a molekuláris építőelemek és helyezzük el őket együtt. Ha a természet csinálja, miért nem tudunk? „- mondta professzor Leigh.
szakértői vélemény
Alexander Markov, a biológus és népszerűsítője tudomány professzora, a Moszkvai Állami Egyetem: „Az evolúció során nagyon könnyen előfordulhat a rendszer, akik első pillantásra” egyszerűsíthetetlenül összetett. " Ezek közé tartozik a sok része, amely hasznot csak együtt, hogy egy - és az egész rendszer leáll, és az elkülönített rész is úgy tűnik, hogy haszontalan. Ez ahhoz vezet, egyes kutatók kétségbe evolúcióelmélet egészére. De meg kell kezdeni, hogy megértsük, és kiderül, hogy ezek a rendszerek valójában nem „egyszerűsíthetetlenül összetett.” Eltávolítása egyes részleteket nem teszi tönkre a molekuláris gép, de csak csökkenti annak hatékonyságát. Ez azt jelenti, hogy az elmúlt létezhet anélkül, hogy ez a gép része, és az a része később csatlakozott, hogy a megnövekedett munka hatékonyságát. De még ha az eltávolítása alkotórészeinek molekuláris gépek, nem funkcionális, akkor az eredmény egy hosszú kölcsönös „átfedésben” részleteket. Arra is szükség van, hogy ne feledje, hogy a szervezet, amely nem rendelkezik valamilyen molekuláris gépek hasznos lesz még a nagyon egyszerű, hatékony, alig működő változata is. "