О компании     Как оплатить?     А в кредит можно?     А привезете?     А как вас найти?     А у меня сломалось...      
 
 
Компьютерный интернет-магазин
Товаров: 0
Сумма: 0
Курс (нал): 62.00
Безнал: 64.50
(499) 700-00-40
ICQ12325772 ICQ21969923  
 
 
 
 
 
 
 
 
Trade-In

Кредит

Подарки выбери себе сам

 
 

Нанороботы внутри нас: как работают клетки

Они возят грузы по молекулярным «рельсам», выступают в качестве «включателей» и «выключателей» химических процессов. По подсчетам биологов, в живой клетке функционирует около сорока известных науке молекулярных машин. А еще они вдохновляют ученых на строительство рукотворных нанороботов, которые в будущем смогут жить и работать во внутриклеточном мире. Машины из молекул производят энергию для поддержания жизни, сокращают наши мышцы и строят другие молекулярные машины.

Раскручиваясь до 1000 об/мин, жгутик может толкать бактерию вперед с необыкновенно большой скоростью — 100?150 мкм/с. Для передвижения в жидкой среде некоторые бактерии используют вращающийся жгутик, который приводится микроскопическим электродвигателем, собранным из нескольких белковых молекул. Если это перевести на привычные нам величины, то спортсмен-пловец ростом в 180 см должен был бы переплывать 50-метровый бассейн за полсекунды! За секунду одноклеточное перемещается на расстояние, превосходящее его длину более чем в 50 раз.

Создается электрохимический потенциал, увлекающий протоны из межмембранного пространства в клетку. Метаболизм бактерии устроен таким образом, что положительные ионы водорода (протоны) накапливаются между внутренней и внешней мембранами ее клетки. Этот поток протонов проходит через «двигатель», приводя его в движение.

Ионные каналы в них расположены таким образом, что движение протонов заставляет ротор вращаться подобно турбине. Белковую структуру «мотора» называют комплексом Mot, который, в свою очередь, состоит из белков Mot A (статора) и Mot B (ротора). Манипулируя структурой белка, некоторые бактерии умеют изменять направление и скорость движения, а иногда даже включать «задний ход».

Таких подтверждений было получено несколько. Наличие вращающихся частей у живого организма поначалу казалось столь невероятным, что потребовало серьезных экспериментальных подтверждений. Было хорошо видно, как бактерия вращается, постоянно показывая наблюдателю лишь переднюю часть, свою «впалую грудь», и никогда не поворачиваясь «спиной». Так, в лаборатории академика Скулачёва бактерию характерной формы (в виде полумесяца, где передняя часть бактерии была вогнутой, задняя — выпуклой) прикрепляли жгутиком к стеклу и наблюдали за ней в микроскоп.

С его помощью живые организмы вырабатывают аденозинтрифосфат (АТФ) — вещество, которое служит основным источником энергии в клетке. Протонная АТФ-синтаза — самый маленький в живой природе биологический мотор шириной всего в 10 нм.

Химические связи между фосфатными группами очень сильные и содержат много энергии. АТФ состоит из аденозина (соединение хорошо знакомого нам по ДНК азотистого основания аденина и сахара рибозы и трех последовательно подсоединенных к нему фосфатных групп. Однако сперва необходимо определенным образом приложить энергию, чтобы упаковать аденозин и фосфатные группы в молекулу АТФ. Эта консервированная энергия может пригодиться для питания самых разнообразных биохимических реакций. Этим и занимается АТФ-синтаза.

Там протоны накапливаются, как войско перед битвой. Поступающие в организм жирные кислоты и глюкоза проходят многочисленные циклы, в процессе которых специальные ферменты дыхательной цепи откачивают положительные ионы водорода (протоны) в межмембранное пространство. Создается потенциал: электрический (положительные заряды снаружи митохондриальной мембраны, отрицательные внутри органеллы) и химический (возникает разница концентраций ионов водорода: внутри митохондрии их меньше, снаружи больше).

Они проходят по специальным каналам в АТФ-синтазе, которая встроена во внутреннюю сторону мембраны. Накопившись в межмембранном пространстве, протоны, подобно электрическому току, устремляются назад, в митохондрию. Ротор вращается со скоростью 300 оборотов в секунду, что сопоставимо с максимальными оборотами двигателя болида «Формулы-1». Поток протонов раскручивает ротор, будто река водяную мельницу. «Ножка гриба» вращается вместе с ротором, и на ее конце (внутри «шляпки») закреплено некое подобие эксцентрика. АТФ-синтазу по форме можно сравнить с грибом, «растущим» на внутренней стороне мембраны митохондрии, при этом описанный выше ротор прячется в «грибнице». К «долькам» прикрепляются молекулы аденозиндифосфата (АДФ, с двумя фосфатными группами) и остатки фосфорной кислоты. Неподвижная «шляпка» условно делится на три дольки, каждая из которых деформируется, сжимается при прохождении эксцентрика. За один оборот «эксцентрик» деформирует три «дольки», и образуется три молекулы АТФ. В момент сжатия АДФ и фосфат прижимаются друг к другу достаточно сильно, чтобы образовать химическую связь. Помножив это на количество секунд в сутках и примерное количество АТФ-синтаз в организме, мы получим удивительную цифру: ежедневно в человеческом теле вырабатывается примерно 50 кг АТФ.

За их расшифровку, которая потребовала почти ста лет, были вручены две Нобелевские премии — в 1978 году Питеру Митчеллу и в 1997 году Джону Уокеру и Полю Бойеру. Все тонкости этого процесса необычайно сложны и многообразны.

Будто портовый грузчик, он перетаскивает на себе всевозможные грузы (митохондрии, лизосомы), используя в качестве топлива молекулы АТФ. Кинезин — это линейный молекулярный мотор, передвигающийся по клетке вдоль путепроводов — полимерных нитей.

При движении эти головки на нижних концах поочередно отрываются от полимерной «тропинки», кинезин поворачивается на 180 градусов вокруг своей оси и переставляет одну из нижних «стоп» вперед. Внешне кинезин похож на сплетенного из тонких веревок игрушечного «человечка»: он состоит из двух одинаковых полипептидных цепей, верхние концы которых сплетены и соединены вместе, а нижние расставлены в стороны и имеют на концах «ботинки» — глобулярные головки размером 7,5?4,5 нм. В итоге получается непрерывный цикл подачи и траты энергии для полезной работы. При этом если один его конец при движении тратит энергию (молекулу АТФ), то другой в это время высвобождает компонент для образования энергии, АДФ.

Попробуйте представить себе такие скорости в человеческом мире! Как показали исследования, кинезин способен довольно бодро вышагивать по клетке своими «веревочными» ножками: делая шаг длиной всего 8 нм, за секунду он перемещается на гигантское по клеточным меркам расстояние в 800 нм, то есть делает 100 шагов в секунду.

Его лекцию 1959 года с символичным названием «Там внизу еще много места» биоинженеры всего мира считают отправной точкой в этом нелегком деле. Человеком, который подтолкнул научный мир к созданию нанороботов на основе биологических молекулярных устройств, стал выдающийся ученый-физик, нобелевский лауреат Ричард Фейнман.

Тогда английские ученые из Университета Шеффилда, Фрэйзер Стоддарт и Нил Спенсер, и их итальянский коллега Пьер Анелли сделали первый молекулярный челнок — синтетическое устройство, в котором происходит пространственное перемещение молекул. Прорыв, позволивший перейти от теории к практике, случился в начале 1990-х годов. Отсюда и название вещества: лат. Для его создания используют ротаксан — искусственное вещество, в котором кольцевая молекула (кольцо) нанизана на линейную молекулу (ось). Ось в ротаксане имеет форму гантели, чтобы с помощью объемных групп на концах не позволять кольцу соскальзывать со стержня. rota — кoлесо и axis — ось.

Это похоже на брошенный в ручей резиновый мячик, привязанный к веревке: ослабили веревку (водородные связи) и стремительный ручей (броуновское движение) подхватит мяч и увлечет его вперед. Челнок на основе ротаксана перемещает кольцевую молекулу вдоль линейной, на которой она держится, с помощью протонов (ослабляя или увеличивая водородные связи, удерживающие по центру кольцевую молекулу) и броуновского движения, толкающего вперед кольцо. Натянули веревку — мяч возвратится назад.

В ходе эксперимента ученые смогли проследить, как их наноробот смог самостоятельно сделать 50 шагов и передвинуться на 100 нм. В 2010 году группа американских биоинженеров, Милан Стоянович и его коллеги, создали молекулярного наноробота, способного перемещаться по ДНК. По мнению авторов, он очень востребован в медицине в качестве доставщика лекарств в клетку. Робот, внешне напоминающий паука, может автономно выполнять несколько команд: «идти», «повернуть», «остановиться».

В природе эту задачу выполняют рибосомы — органеллы, находящиеся в наших клетках. В 2013 году английские и шотландские биоинженеры под руководством Дэвида Лея смогли создать первый в мире молекулярный наноконвейер: наномашину, способную собирать пептиды, короткие белки. Правда, в соревновании с природной сборкой белков в рибосоме искусственная молекулярная машина пока проигрывает: ей понадобилось 12 часов на присоединение каждого аминокислотного остатка, в то время как рибосомы справляются с этой задачей быстрее чем за секунду. Биоинженеры взяли за основу для своей машины молекулу ротаксана и на ее «стержне» смогли собрать из отдельных аминокислот белок заданного свойства.

«Вы получаете машину, которая точно движется, поднимает молекулярные строительные блоки и ставит их вместе. Несмотря на это, исследователи с оптимизмом рассматривают свою разработку. Если природа делает это, почему не можем мы?» — отметил профессор Лей.

Дата публикации: 11-08-2017

Ещё новости


  16.08.2017  Fakelist — сервис для борьбы с контрафактом в рунете

Вопросами защиты брендов от различных угроз занимаюсь последние пять лет и сейчас развиваю собственные проекты в этой сфере. Меня зовут Руслан Кривулин, мне 30 лет. Один из них — сервис Fakelist. Часто...

  13.08.2017  10 зачетных штук с AliExpress. Cмартфон за 2700 рублей?

По периметру расположена светящаяся лента. Коврик для мыши со специальным покрытием. Коврик работает от USB и может менять цвета. Сзади расположен спиннер, который можно крутить и не отвлекаться от работы...

  15.08.2017  Видеокарта Radeon RX Vega 64 могла стоить на $100 дешевле

Бытует мнение, что в действующей версии драйверов многие функции отключены, и как только разработчикам удастся их применить, быстродействие видеокарт нового поколения увеличится. Этот же ресурс подхватил...

  15.07.2017  Модули памяти Adata XPG Spectrix D40 рассчитаны на флагманские платформы Intel и AMD

Вероятно она позиционируется как предложение более высокого уровня, о чем говорит наличие подсветки. Наряду с модулями памяти Adata XPG Gammix D10 появились данные о серии Spectrix D40. Ее свечение, палитру...

  14.07.2017  Главная причина жизненной необходимости в силовых тренировках после 30

Даже после 25, если секс больше не радует, ничего делать не хочется, а жизнь превратилась в сплошную печаль. Спустя 5–10–15 лет (у кого как) итог всегда один — блеклое существование вместо яркой жизни...



Все новости
 
 
  © 2003-2017 Ноутбуки и компьютеры
Все права защищены