Большой шаг для нанотехнологий: ученые вплотную приблизились к тому, чтобы механически контролировать химические реакции.
Почти все химические реакции, протекающие в живых организмах,
находятся под контролем ферментов, белковых молекул, которые выступают
в роли эффективнейших катализаторов. Они стимулируют сближение молекул
реагентов под нужным углом и в нужных сочетаниях, переносят на них
электроны и так далее. Без этой помощи многие реакции в клетке
протекали бы на много порядков медленней, а то и вовсе бы не протекали.
Именно
над тем, как бы «ухватить» молекулы реагенты и сблизить их в нужной
комбинации, задумались ученые, работающие под руководством профессора Джованни Зоччи (Giovanni
Zocchi). «Вместо того, чтобы просто наблюдать за тем, что делают
молекулы, - говорит он, - Мы можем механически на них воздействовать».
Для
этого ученые создали не совсем обычный комплекс, химически присоединив
к белку «пружину» из спирали ДНК. ДНК механически воздействовала на
структуру той или иной части белка. Таким путем ученые смогли в
включать или выключать работу фермента, контролируя ход катализируемой
им реакции. А с помощью пары других «пружин» ДНК – действовать еще
точнее, специфически контролируя тот или иной шаг реакции.
На
основе этой работы Зоччи и его коллеги предложили решение одной
интересной физической проблемы. В упрощенном виде она известна каждому:
если попытаться воткнуть в землю разветвленную или прямую палку,
прикладывая к ней вертикально направленное усилие, она остается прямой,
пока не будет достигнуто некоторая критическая величина этого усилия.
Но после достижения этой величины, палка сгибается не понемногу, а
резко и сильно.
«Это явление известно любому
ребенку, - добавляет Зоччи, - который когда-нибудь сгибал лук,
натягивая на него тетиву. Сперва требуется значительное усилие, чтобы
согнуть его, но после того удержать его в согнутом виде намного легче».
Те
самые короткие «пружинки» ДНК, которые использовали Зоччи с коллегами,
представляют собой такие же эластичные структуры, энергию деформации
которых ученые решили исследовать. При этом они обнаружили, что при
изменении структуры ДНК в ходе сгибания имеется точка бифуркации,
до достижения которой она изгибается плавно, а после – с образованием
резкого перегиба. По разные стороны этой точки приложенная энергия
заставляет систему (палку, лук или нить ДНК) вести себя совершенно
по-разному.
|