Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Макроскопические механизмы могут быть сконструированы с высокой точностью. Сочленяемые детали могут быть подогнаны друг к другу идеально, часто с допусками в диапазоне микрометров (микронов), то есть абсолютная величина погрешности при изготовлении деталей (~ 10–6м = 1 мкм) в миллионы раз меньше линейных размеров самих деталей (~ 1 м). А это в свою очередь позволяет использовать колоссальный диапазон размеров при конструировании машин, и очень большой и разнообразный набор сочленяющих устройств.

При сочленении узлов макромашин используют болты, заклепки, шпильки и другие соединители. Подвижные части механизмов включают оси, шарниры, шестерни и т. д. Информация в макроинженерии хранится, используя изменения цвета материала (типографская печать), или магнитных свойств малых частиц (всемагнитные носители), или физически с помощью небольших насечек и выпуклостей (от клинописи до лазерных дисков).

Для молекулярных конструкций такой уровень точности принципиально недостижим. Наномашины должны быть собраны из отдельных атомов, каждый из которых можно представлять в виде сферы, и эти атомы соединяются во вполне определенные геометрические структуры по законам образования ковалентных связей и нековалентных взаимодействий.

Для формирования активного центра необходимо использовать громоздкую конструкцию, которая и позволяет нужным образом позиционировать несколько атомов активного центра в пространстве. В бионаномашинах взаимодействующие поверхности всегда грубые, бугристые (в наномасштабе, конечно), поскольку молекулярные структуры не могут быть сконструированы так, чтобы обеспечить идеальное, бесшовное, взаимодействие поверхностей. Например, рассмотрим некую конструкцию из углеродных атомов с решеткой типа алмаза. Атомность решетки ограничит предел точности размерами порядка 1 Å = 10–1нм, но не выше. Такое ограничение в подгонке молекулярных деталей наномашины ограничивает и точность любого распознавания и сенсорики.

Атомность структуры ограничивает диапазон допусков при сочленении взаимодействующих молекул. Тем не менее, природные бионаномашины добиваются гораздо большей точности в ключевых узлах своей структуры. Фолдинг белка способен разместить в пространстве десятки атомов в идеально точных пространственных положениях. Пример этому – молекула гемоглобина

Связывание кислорода одним из четырех гемов приводит к смещению всего на 0,5 Å соответствующего атома железа из плоскости гема. Соседний гистидин чувствует это смещение и передает его всему остальному четырех доменному белковому комплексу гемоглобина, превращая небольшое смещение одного атома в конформационный переход всей белковой макромолекулы.

Оптимизированные эволюцией белки вовсе невсегда нуждаются в высокой точности позиционирования в пространстве всех аминокислот белка. Напротив, они оптимизированы так, чтобы только в нескольких определенных критических местах их структуры атомы располагались в точных пространственных позициях. Остальной объем белковой глобулы используется как некая инфраструктура, с достаточно произвольной и, в некоторых случаях, даже рыхлой, разупорядоченной структурой, служащая только дл ятого, чтобы точно сформировать интерфейсные участки – точно расположить в пространстве компоненты этих участков. Это одна из основных проблем при конструировании белков: предугадать нужный баланс множественных взаимодействий, которые стабилизируют структуру белка, при котором и образуется эта локальная точность в пространственном расположении нескольких "нужных" атомов в активном центре. Эволюционный метод отбора является идеальным для создания бионаномашин, структура которых сочетает в себе следующие свойства:

  • стабильная глобулярная структура с неопределенной (произвольной) точностью расположения атомов
  • несколько локальных участков, в которых выдерживается высокая точность позиционирования атомов.

 Итак, природные бионаномашины комбинируют стабильные глобулярные структуры, в которых точность подгонки молекулярных фрагментов не задана жестко, с несколькими локальными участками биомолекулы, в которых реализуется заданный высокий уровень точности пространственного позиционирования атомов.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Электронный адрес для связи artemchichkov@gmail.com

^ Наверх