Биологиялық электр жетегі. Биоинформатика

Соңғы 10 — 15 жыл » атты астанада механизм, оның көмегімен өлі бір жасушалы бактериялар қозғалады ортада тіршілік ететін [1, 2]. Бұл ауыстыру жүзеге асырылады движителем, напоминающим бұранда немесе весло келтірілген барлық айналуы электр қозғалтқышы. Қозғалтқыш құрады кезінде 40 дб∙нм = 4∙10-20Н∙м, айналу жиілігі (102, с-1, тиісінше қуаты — 4∙10-18 Вт. Қозғалтқыш көлемі бар тәртібі 10-24 м3. Бұл ретте үлестік (көлем бірлігіне) қуаты бар тәртібі 1 МВт/м3. Салыстыру үшін меншікті көлем бірлігіне қуаты қазіргі заманғы электр машиналар бар тәртібі 10 кВт/ м3, яғни 100 есе аз. Үлестік массасының бірлігіне қуаты — 1 кВт/кг қозғалтқыштың бактериялар және 1 Вт/кг-қазіргі заманғы электр машина, яғни 1000 есе аз. Электр қозғалтқышының ПӘК-бактериялар іс жүзінде 100%.
Айқын артықшылықтарды береді жетегі осындай сипаттамалары үшін макрообъектов.
Принципі энергияның электромеханикалық түрлену ұсынылған сур.1.

«Биология электр жетегі» құрамында мембрана арналары, олардың диаметрі тең немесе бірнеше диаметрінен артық ион. Сыртқы және ішкі (қатысты торда отырған қамтиды мембранасы) бетіне мембраналар шоғырланған иондары калий, натрий, сутегі, хлор әртүрлі шоғырлануы, сондықтан бар айырма потенциалдар U. Бұл мембранасы болып табылады «статором» жетек. «Ротор» болып табылады белоктық молекула, оның шығыңқы жерлері орналасқан каналдарда.
Әсерінен потенциалдар иондары жоқ үйкеліс жылжиды арналар арқылы байланыса отырып шығыңқы «ротор», яғни басады, оған күші F. осы күштің әсерінен баянда жылжиды жылдамдығы v. Осылай энергиясын түрлендіру электр әлеуетін U механикалық энергияға Fvt.
Молекуласындағы — микробе «ротор» байланысты жгутики, орындайтын функциялары винтінің, оның көмегімен микроб жылжиды сұйық ортада. Арналары арқылы қабілетті замыкать накоротко бетінің мембраналар, ағзаға микроба басқарады разностью потенциалдар және сол арқылы басқарады, оның қозғалысы.
Назар аударатын екі ерекшеліктері сипатталған электрмеханикалық түрлендіру:
) ол жүреді қатысуынсыз магнит өрісінің (қарағанда басым көпшілігінің «адами» электр машиналарын);
) түрлендіру ол диссипации энергиясын — иондары движутся арналары жоқ үйкеліс және өзара іс-қимыл жасайды, тек элементтерімен «ротор», — деп ПӘК түрлендіру іс жүзінде 100%.
Құндылығы осындай (жоғары ПӘК, мыс және болат) жетек үшін макрообъектов шүбәсіз, бірақ қазіргі уақытта жоқ идеясын іске асыру көрсетілген ерекшеліктерді макроскопиялық мөлшерде. Дегенмен, орынды болып сипаттамаларын талдау электржетектің қойған » өнім сипатталған принципіне. Мақсаты осы жұмыс — бағалау ықтимал сипаттамалары биологиялық электропривода.
2 БАКТЕРИЯЛАРДЫҢ ҚОЗҒАЛЫСЫ
Қозғалысы бактериялардың бірі поразительных құбылыстар табиғат. Оның зерттеу өліміне, сансыз жойқын соққы біздің высокомерному снобизму сияқты басқа биологиялық эволюциясы бола тұра, өзінің иелігінде миллиард жыл, алмады изобрести дөңгелегі жоқ, пайда болды. Белгілі болғандай, бактериялар, көне және ең жай устроенные тірі жасушалар, жер үшін өз қозғалысының құрылымы, әлдеқайда күрделі қарағанда, дөңгелегі, ал ротор, айналмалы электр алаңының әсерімен. Мәні бойынша әңгіме қозғалтқышындағы субмикронного мөлшерін, жиналған бірнеше белок молекулаларының.
Бұрыннан белгілі көптеген түрлері-бактериялар қабілетті жүзу арқылы толщу су. Жылдамдығы осындай қозғалысы жетуі мүмкін 150 микрон секундына, яғни бір секундта бактерия жабады қашықтық, шамамен жүз есе асатын оның ұзындығы. Бастапқыда қозғалысы бактериялардың түсіндіруге тырысты аясында жалпы қабылданған парадигма деп болжаған жасауға барлық түрлері механикалық жұмыс тірі существами жүреді энергиясы есебінен гидролиз <#»18″ src=»doc_zip2.jpg» />мен АТФ). Осы жағдайларда, ол тыныс, бірде-АТФ гидролизі алмады , жалғыз энергия көзі оказывался жасанды құрылған градиент иондар К+ арасындағы бактерией ортасы. Шығу — + — дан бактериялар генерировал арналған бактериялық мембране айырымы электр потенциалдар «дұрыс бағыт» (жасуша ішіндегі белгісі «минус»). Сөйтсем, бұл градиент қабілетті қолдау қозғалысы бактериялардың бірнеше минут ішінде, қажетті теңестіру үшін концентрациялардың+ ішкі және сыртқы жасушалар. Нақ осындай керек еді мүмкін? бактериялар, егер қабылдауға, талшығы бар жұлын ауыстыру есебінен Н+ иондарының ортасы жасуша ішіне: шығу+ мүмкіндігі болды өріс, қолайлы көшіру үшін Н+ иондарының бағытында сыртынан ішке арқылы вращающий талшығы бар «мотор».
Сур.2. Құрылымы базальді қозғалтқыш.
Бірақ, біздің болжам дұрыс болса, онда бактериялар, отравленные цианидом және олигомицином болады қозғалысқа келтіру мен мүлдем өзге де тәсілмен — жай подкислив ортаға. Бұл жағдайда иондары Н+, сондай-ақ болған еді үрдісі жүріп-тұруға келген ортаның тор, бірақ ешқандай электр өрісінің подкисление ортаның өзі жасау мүмкін емес. Тәжірибе растады және бұл гипотезаны. Қосу аз мөлшердегі тұз қышқылы жасушаларға, обездвиженным цианидом және олигомицином, туғызды қозғалысы, исчезавшее қарай теңестіру концентрация Н+ иондарының бойынша ту және екінші тарапқа бактериялық мембраналар. Бірде градиенті К+, бірде-градиент қышқылдығын емес ұйымдардағы жылжымалылығы, егер бактериялар өңделген зат, повышавшим үшін мембрана өткізгіштігі иондардың Н+. Бұл жағдайда иондар Н+ түсті тор айналып өтіп, «мотор».
Нәтижесінде, бұл тәжірибе біз сипаттап туралы қорытынды айналуы бактериялық жгутика қолдау тікелей қатысуынсыз АТФ.

Құрылғы вращающее бактериальную флагеллу, біз атаған протонным моторы. Кейіннен біздің және бір жапондық зертханалар көрсетілді, кейбір теңіз бактериялар пайдаланады «натриевый мотор» энергия көзі қозғалысына қызмет етеді айырмасы электрохимиялық потенциалдар натрий иондары (). Теңіз вибрион тасымалдаушылар болып табылады Vibrio alginolyticus<#»232″ src=»doc_zip7.jpg» />
Сур. 4. Тәжірибе сызбасы, доказывающего кезінде, бактериялық мотордың талшығы бар ұшырауда айналуы айналасында өз осі
Тыныс құрады (немесе ) есебінен сорып иондар H+ немесе Na+ — бірі бактериялық жасушалар сыртқы ортаға. Тиісінше айналуы жгутика қамтамасыз етіледі кері ағынымен иондар H+ немесе Na+ ортасынан тор. Қайтып бұрын, иондар H+ (Na+) движутся «тауға», яғни тарапты олардың аз концентрациясы және от плюса к минусу. Мұндай процесс келтірді ғана ұлғайту энтропия және білімі жылу болмаса, қатысты қандай да бір құрылымдардың мотор. Бұл құрылымдар көбінесе арзан бағамен бөлігі әлеуетті энергиясын немесе механикалық жұмысқа айналымына кері жаққа айналады жгутика және соның салдары ретінде — бірте клеткасының кеңістікте. Айналдыру болуын көздейді ротор мен статор, ал көшіру иондар H+ және Na+ — иондық арналар немесе тасымалдаушы осы иондар.
Проблема көшіру шешілді, қашан алуға қол жеткізді жеткілікті мөлшерде деп аталатын белоктар Mot (motor). Олар құрайды белоктық кешендері, қоршаған диск. М. сөйтсек, белоктар Mot қабілетті көлікке Н+ иондарының жағдайда Н+-мотордың немесе иондар Na+ жағдайда, Na+-мотор.
Қиын ахуал ісі ротор және статором. Әлбетте, бұл талшығы бар бар айналмалы элемент. Ашық болып қалады сұрақ, жұлын не, онда қандай компоненттері базальді дене, немесе олар барлық бөлшектері статор. Ұзақ уақыт ротор болып саналған диск М, өйткені бұл бірден-бір деталь мотордың тұрған ішкі бактериялық мембране, көтергіш және . Алайда жақында көрсетілді, бұл ауыстыру белгілі бір заттар (атап айтқанда, В12 витамині) арқылы сыртқы мембранасы бактериялар есебінен жүзеге асырылады энергиясын ішкі мембране. Процесінде қатысады ақуыз TonB, керілген құтқару арқаны арқылы бүкіл периплазму бір мембраналар басқа. Бұл прецедент натолкнул бізді ой (суретті қараңыз). 2), бұл, мүмкін, бір белоктар Mot орындайды сол функцияны пайдалана отырып, айналу жгутика немесе қандай-дискілер, тұйық в периплазме не сыртқы мембране (бір белоктар Mot шынымен қатты беріледі периплазму). Сонда біз болдырмау туралы болжамдар роторной функциялары диск М, бұл сөзсіз тиіс еді жасау үшін жасушалар үлкен проблемалар. Айналдыру диск (жалпақ цилиндр диаметрі шамамен 10 нм) мембране, көтергіш өте үлкен электр өрісінің кернеулігі (200 кВ. см) керек еді күрт ықтималдығын ұлғайтуға, электр тесіп, осы мембраналар. Біз бейім жатқызуға диск М статору, ал айналыс түсіндіру ритмичными қозғалыстармен » периплазме бір белоктар Mot, заставляющими айналатын қандай болса, дискілерді периплазме немесе сыртқы мембране. Қозғалыс ақуыз Mot, өз кезегінде, болуы тиіс вызываться көшіруге иондар H+ (Na+). Жалпы алғанда, осындай жүйені еді уподобить велосипеду, онда үдемелі қозғалыс аяқ велосипедистер әкеледі вращательному қозғалысы дөңгелектер.
Алайда, атап өткен жөн баяндалған гипотеза астам бірі болуы ықтимал түсініктемелер құрылғылары бактериялық мотор. Жалпы жағдай өте далека жылғы түсінік, және ең әр түрлі болжамдар бар болуы. Формулируя осындай жорамалдар ескеру қажет кейбір өлшенген параметрлері мотордың.
. Айналу жылдамдығы әдетте арасындағы 5 және 50 жағдайыңызда секундына.
. Бір айналым жгутика қажет пронести тор бірнеше жүздеген иондар H+ (Na+).
. Айналуы мүмкін вызываться кез келген құрамдас (), яғни электр өрісі немесе разностью концентрация Н+ иондарының (Na+).
. Екі шекті мәндері(). Төменде қолданысқа шектен айналу жүрмейді. Бірінші және екінші порогами айналу жылдамдығы бар сызықтық функция (). Жоғары екінші шектен одан әрі ұлғайту () емес әкеледі жеделдету қозғалыс.
. Мотор жабдықталған переключателем айналу бағыты, сондықтан бактерия мүмкін жүзу сияқты жгутиком алға, сондай-ақ жгутиком бұрын бір бағытта (). Бұл соңғы мән-жай ретінде қызмет етеді түсіну кілті биологиялық функциялары қозғалыс бактериялар.
4. НЕГЕ БАКТЕРИЯМ ЖЫЛЖЫТУ
Қозғалысы бактериялардың мүмкіндік береді таңдау оңтайлы өмір сүру жағдайы. Шағын мөлшері қарамастан, бактериялар орналасады көптеген датчиктер, тіркеуші параметрлері ішкі және сыртқы орта. Олар өлшейді температурасы, қоршаған орта, жарық, рН сырты мен ішіндегі, жасуша концентрациясы көптеген метаболиттердің, өзгерістерге тұтқырлығы ортаның бактериялар чувствительнее қарағанда, барлық белгілі техника вискозиметры. Датчиктер — ерекше ақуыз-рецепторлары, оқшауланған, әдетте, ішкі бактериялық мембране. С рецепторлардың сигнал беріледі ерекше белоктар бар, цитозоле. Бұл соңғы өзара іс-қимыл жасайды, онда белоктардан базальді дененің жауапты ауысу бағыты айналу мотор.
Сигналдар мүмкін екі босану. Бір тудырады ауысу, басқа да тыйым салады. Егер бактерия жүзіп келе жатқан » қолайлы бағытта (мысалы, ұлғайту жағына қарай глюкоза концентрациясының), онда рецепторлардың глюкоза байланыстырады бұл қант жібереді сигнал тыйым салатын қозғалыс бағытының өзгеруі. Егер глюкозаның концентрациясы төмендесе, онда рецепторлардың жоғалтады глюкоза жібереді қарама-қарсы белгі. Нәтижесінде бактерия қозғалыс бағытын өзгертеді және алады шанс түсу үшін неғұрлым қолайлы, оның шарттары.
Бар күрделі жүйе, өңдеу және интерпретациялау сигналдардың арасындағы белгіленетін қатаң иерархиясы. Жалпы, бұл механизм мүмкіндік береді бактериялар жақсы бағдарлай ортасы. Сондықтан наблюдаешь қозғалысын бактерияларды микроскоппен құрылады әсер, олардың әрқайсысы болады асығады болса ғана оған белгілі. Басқаша көрінеді көру микроскоптың рафиков түсті ылғалдандырғыш әсер бактериялар. «Көлеңкеден» — бұл выпотрошенные жасушалары, олардың алып тасталды цитозоль барлық ақуыз, оның ішінде және сол, олар береді рецепторлардың сигналдар. Сол уақытта мембраналар «көлеңке» әлі де қолымыз да қабілетті самозалечиваться кейін механикалық зақымдануы. Құрып келтіруге болады «көлеңкеден» қозғалысы. Бірақ бұл қозғалыс әрқашан қандай да бір бағытта. Сигналдар жоқ түседі мотор, және айналады талшығы бар бір және сол жаққа. Микроскоппен орнына қайнау өмір, сіз көрініс, лайықты фильм қорқынышты, покойники орындарынан тұрады өз табыттарды. «Көлеңкеден» аспанда қалқып жүрген түзу үшін тоқтау, қашан азаяды және кетеді астында шекті шамасын.
. МҰНДА ТАҒЫ БИОЛОГИЯ ПАЙДАЛАНЫЛАДЫ МОТОРЛАР
биологиялық электр жетегі бактерия бұлшық еті
Моторлар қоректендірілетін төмен пайдаланылады ғана емес, бактериялар, жабдықталған жгутиками. Сол қағидатына ұйымдастырылуы тетігі сырғу көпжасушалы цианобактериялардың бойынша қатты беті. Цианобактерии айырылған талшықтарын, және, дегенмен, олардың қозғалысын қолдау энергиясын . Шамасы, олардың моторы вращают белок тяжи, спрятанные » периплазме.
Сонымен қатар, бәлкім, айнала хлоропласты жасушаларында кейбір эукариоттық балдырлар. Бірақ, бәлкім, ең экстравагантный мысал үшін қозғалыс табуға болады қарапайым тұратын ішекте термита. Бұл өлі бір жасушалы эукариоты күшіне айналуына жылжымалы бактериялар. Нәтижесінде жүздеген бактериялар прикрепились сыртынан к-қабықтағы ең қарапайым. Айналдыру олардың талшықтарын қозғалысқа клетка-иесі, әрі бұл иесі қандай да бір белгісіз жолмен үйлестіруге және реттеуге айналу бағыты бактериялық талшықтарын.

ЖАСАНДЫ БҰЛШЫҚ РОБОТ, КҮШТІ БҰЛШЫҚ АДАМ
Ғалымдар Оклендского Биоинженерного институты әзірледі жасанды бұлшық функцияларды бере отырып, андроидов мышцами, әбден осындай адам. Бұл, жасанды бұлшық эластичны, подвижны және өнімдірек бойынша күштік сипаттамалары бұлшық.
Әсерінен электр тогын олар қысқартылуы мүмкін 300% — ға дамыта отырып, айтарлықтай күш. Бұлшық екі қабаттан тұрады, электр өткізгіш көміртегі «желе», бөлінген өте иілгіш оқшаулау, полимерлік қабыршақпен. Беру кезінде оларда кернеуді разноименные полюсі құрылғылары тартылады, және бұлшық ет қысқарады, ал кернеу алынғаннан кейін ол «расслабляется», қайтып бастапқы жағдай.
Ғалымдар деп санайды ала алады мүлдем басқа сынып роботтар. Пікірі бойынша, британдық маман, жаңа роботтар болады жұмсақ, епті және жылжымалы, тірі ағзалар, сондай-ақ алады имитировать әбден адам мимику тұлғалар. Осылайша, қоғам жақында алады роботтар жоқ өзгеше адам!
Сарапшылар деп санайды тағы бір қолдану саласы жасанды бұлшық құру мүмкін түбегейлі жаңа хирургиялық құралдар. Икемді және қозғалмалы құрылғылар алады еніп, қажетті орны адам ағзасының арқылы табиғи тесіктер дене жасап, қажет емес қималар сыртқы қабаттарының және операциядан кейінгі тігістер.
Бұлшық еттің жұмысын бөледі динамикалық және статикалық Динамикалық орындалады өткізу кезінде жүкті. Кезде динамикалық жұмысы өзгереді бұлшық ұзындығы және шиеленісті. Демек бұлшық еті жұмыс істейді ауксотоническом. Кезде статикалық жұмысы жүктің орын ауыстыруы болмайды, яғни бұлшық ет жұмыс істейді изометрическом. Динамикалық жұмыс көбейтіндісіне тең жүктің салмағын биіктікке оны көтеру немесе шамасына укорочения бұлшық (А = Р * h). Жұмыс өлшенеді кГ.М джоулях. Тәуелділік шамасын жұмыс жүктемесінің заңға бағынады орта жүктемелер. Жүктеме өскен кезде бұлшық еттің жұмысы бастапқыда артып келеді. Орташа жүктемелер ол барынша. Егер жүктеменің ұлғаюы жалғасуда, онда жұмыс төмендейді (сур.). Осындай әсер жұмыс шамасын көрсетеді, оның ырғағы. Максималды жұмыс бұлшық жүзеге асырылады орташа ырғағында. Ерекше мәні есептеу үшін жұмыс жүктемесінің шамасы бар қуатын анықтау бұлшық. Бұл жұмыс орындалатын уақыт бірлігіне (Р = А * К). Вт
. ЖАСАНДЫ БҰЛШЫҚ НЕГІЗІНДЕ НАНОТҮТІКШЕЛЕРДІ
Көміртекті нанотрубки бүгін қаралады ғалымдар мен зерттеушілер үшін негіз ретінде электроника жаңа ұрпақтың бірнеше есе артық жылдамдық қарағанда, қазіргі кремниевая. Бұған ықпал бірегей қасиеттері ұқсас наноқұрылымдар. Алайда, көміртекті нанотрубки ие және бірегей физико-механикалық қасиеттері, бұл құруға мүмкіндік береді олардың негізінде прочнейшие қосылыстар, олар сол болып табылады және өте жеңіл.
Сур.8.-Нанотрубки
Бірі қызықты пайдалану беріктігі мен жеңілдігі нанотүтікшелерді болуы мүмкін дайындау, олардың негізінде жасанды бұлшық ет. Бұл жағдайда мүмкіндігі пайда болады құрылымын қалыптастыру, неғұрлым берік қарағанда, болат, өте жеңіл, және бұл кем емес, ең бастысы — серпімді қарағанда, резеңке. Алғашқы кезде зерттеушілер қарастырды құру мүмкіндігі жасанды бұлшық негізінде полимерлі материалдардан, бірақ содан кейін тікелей режимінде қосылып, өзінің назарын көміртекті нанотрубки.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.