Існуючі білкові машини

Ці гормони білка і ферменти вибірково прилипають до інших молекул. Фермент змінює структуру ланцюга, потім йде далі; гормон впливає на поведінку ланцюга тільки поки обидва залишаються пов'язаними разом. Ферменти і гормони можуть бути описані в термінах механіки, але їх поведінку краще описується в хімічних термінах.

Але інші білки виконують прості механічні функції. Деякі тягнуть і штовхають, деякі діють як шнури або розпірки, і частини деяких молекул є чудовими підпорами. Механізм м'язів, наприклад, має набори білків, які захоплюють "мотузку" (також зроблену з білка), тягнуть її, потім відходять, щоб захопити нову; у всіх випадках, коли ви рухаєтеся, ви використовуєте ці машини. Амеби і людські клітини рухаються і змінюють форму, використовуючи волокна і палички, які діють як м'язи і кістки молекул. Реверсивний, із змінною швидкістю двигун штовхає бактерію у воді, повертаючи пропелери у формі спіралі. Якщо любитель б міг побудувати мініатюрні автомобільчики навколо такого двигуна, кілька мільярдів поміщалися б у кишеню, а через ваш найтонший капіляр могла б бути побудована 150-смугова магістраль.

Прості молекулярні пристрої комбінуються для формування системи, схожої на промислові машини. У 1950-их інженери розробляли верстати, які ріжуть метал під контролем перфорованої паперової стрічки. Півтора століття раніше Джозеф-Мері Жаккард побудував ткацький верстат, який ткав складні малюнки під контролем послідовності перфорованих карт. Однак більше трьох мільярдів років до Жаккарда, клітини розробили механізм рибосоми. Рибосоми довели, що наномашини, побудовані з білка і РНК, можуть запрограмувати на побудову складних молекул.

Тепер розглянемо віруси. Один вид, фаза T4, діє подібно шприцу з пружиною і нагадує щось з промислового каталогу запчастин. Він може припадати до бактерії, пробивати отвір і вводити вірусний ДНК (так, навіть бактерії страждають заразними хворобами). Подібно всім організмам, ці віруси існують тому, що вони досить стабільні і добре вміють робити копії себе.

У клітинах чи ні, наномашини підкоряються універсальним законам природи. Звичайні хімічні зв'язки тримають їх атоми разом, і звичайні хімічні реакції (керовані іншими наномашинами) їх збирають. Молекули білка можуть навіть з'єднуватися для утворення машин без спеціальної допомоги, рухомі тільки тепловим збудженням і хімічними силами. Перемішуючи вірусні білки (і ДНК, які вони обслуговують) у випробувальній пробірці, молекулярні біологи збирали працюють віруси T4. Це вміння дивно: уявіть собі, що ви складаєте частини автомобіля у велику коробку, струшуєте її, і коли заглядаєте всередину - виявляєте там зібраний автомобіль! Однак цей вірус Т4 - тільки один з багатьох структур. Молекулярні біологи розібрали механізм рибосоми на п'ятдесят окремих білків і молекул РНК і потім помістили їх у випробувальну пробірку, і вони утворили працюючу рибосому знову.

Щоб бачити, як це виходить, уявіть різні ланцюги білків T4, плаваючі у воді. Кожен вид білка згортається і утворює шматок зі специфічними для нього опуклостями і западинами, покритий характерними наборами з молекул жиру, води і електричним зарядом. Уявіть собі як вони гуляють вільно і повертають, штовхаючись від температурних вібрацій оточуючих молекул води. Час від часу їх пари вдаряються, потім розходяться. Іноді пара вдаряється так, що опуклості одного підходять під западини іншого і клейкі ділянки відповідають один одному; тоді вони притягуються один до одного і прилипають. Таким чином, білок додається до іншого білка і утворює частини вірусу, а частини збираються і утворюють ціле.

Інженери по білках не потребуватимуть наноманіпуляторів і наноричагів, щоб збирати складні наномашини. Однак крихітні маніпулятори будуть корисні, і вони будуть побудовані. Точно так само, як сьогоднішні інженери будують такі складні машини як роялі і маніпулятори робота зі звичайних моторів, підшипників і рухомих частин, завтрашні біохіміки будуть здатні використовувати молекули білка як двигуни, підшипники і рухомі частини, щоб будувати маніпулятори роботів, які самі будуть здатні маніпулювати окремими молекулами.

Поиск по сайту: