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  
 
 
 
 
 
 
 
 
Подарки выбери себе сам

Кредит

Trade-In

 
 

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


  20.10.2017  Intel готовится сократить часть финансистов

Ещё несколько сотен специалистов в финансовой сфере трудятся в структурах Intel за пределами США. В США корпорация Intel содержит штат примерно из 1400 финансистов, их основная часть работает в округе...

  20.10.2017  Цифры: Сколько японская SoftBank планирует инвестировать в ИТ-сектор

p1=bxbwd&p2=fpjw&puid1=&puid2=&puid3=&puid4=&puid8=&puid9=&puid21=&puid22=&puid31=&fmt=1&pr=» } } ] [ { «id»: 1, «label»:»100%?150_Branding_desktop», «provider»: «adfox», «adaptive»: [ «desktop», «tablet»...

  21.10.2017  Harman Kardon выпустила умную колонку Invoke

Сегодня это умная акустика поступила в продажу, и в нее действительно встроен умный помощник Cortana от Microsoft. Компания Harman Kardon, недавно купленная корейским техногигантом Samsung, пару недель...

  20.10.2017  Выручка Ericsson падает, а убытки растут

Выручка упала на 6% и составила около 5,86 млрд долларов. Компания Ericsson отчиталась за третий квартал 2017 финансового года, который для неё завершился очередным снижением показателей. Чистый убыток...

  20.10.2017  Опубликованы изображения смартфона OnePlus 5T

Однако на этой неделе OnePlus разослала приглашение на пресс-конференцию, которая пройдет 5 ноября. На прошлой неделе было опубликовано первое изображение лицевой панели OnePlus 5T, но позже стало известно,...



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