“جزازة العشب” الجزيئي هو أول محرك اصطناعي قائم على البروتين

المحركات الجزيئية هي أحصنة عمل الحياة. يفتحون ويغلقون الصمامات في جدران الخلايا ، ويجبرون الأنسجة العضلية على الانقباض ونقل البضائع. كل خلية حية تزحف معهم حرفيًا.

لطالما كان علماء الأحياء الخلوية مفتونين بهذه الأجهزة. في الواقع ، لقد درسوا كيفية عمل هذه الآلية ، وتوصلوا إلى كيفية تشغيلها خارج الخلايا ، ويأملون في استغلالها في المستقبل لتحقيق غاياتهم الخاصة. الفكرة هي أن الآلات الجزيئية يمكنها في يوم من الأيام أن تنقل الأدوية إلى أهداف علاجية ، وتبني جزيئات معقدة وتحمل الوقود والنفايات من مصانع الجزيئات الاصطناعية.

ومع ذلك ، فإن المحركات التي يتلاعب بها علماء الأحياء حاليًا هي جميع أنواع الآلات التي تحدث بالفعل في الطبيعة ، والتي تم إنشاؤها باستخدام مكونات مأخوذة من محركات موجودة. لم ينجح أحد في بناء محرك اصطناعي بالكامل من تصميمه الخاص.

الى الآن. أدخل Chapin Korosec و Nancy Forde ، عالم الفيزياء الحيوية في جامعة Simon Fraser في كندا. قام كل من Korosec و Forde بتصميم وبناء أول محرك جزيئي اصطناعي بالكامل وقياس أدائه في ظل ظروف المختبر. يسمون محركهم “جزازة العشب”. ويقولون: “نعتقد أن آلة جز العشب هي المثال الأول لمحرك اصطناعي قائم على البروتين مستقل مصمم لغرض معين باستخدام مكونات بروتينية غير حركية”.

المحركات الجزيئية هي جزيئات تحول الطاقة الكيميائية إلى حركة اتجاهية. ولعل أشهر مثال على ذلك هو كينيسين ، الذي يتخذ شكل زوج من الأرجل بأقدام تلتصق بخيوط الأنابيب الدقيقة التي تشكل الهيكل الخلوي للخلية.

يتحرك كينيسين من خلال “المشي” على طول الأنبوب الصغير ، ويسحب خلفه كيسًا ضخمًا من البضائع.

تقوم المحركات الأخرى ببناء الحمض النووي الريبي والحمض النووي ، وبعضها يضخ الأيونات عبر أغشية الخلايا ، ويستخدم معظمها الوقود على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات أو ATP ، وهو جزيء عضوي موجود في جميع الخلايا.

محرك Korosec و Forde مختلف قليلاً. وهو يتألف من كرة مجهرية أو حبة بها جزيئات بروتياز التربسين المربوطة بسطحها. تلعب جزيئات التربسين دورًا مهمًا في المحرك لأن لها صلة قوية بجزيئات الببتيد.

تصميمهم عبارة عن محرك يتبع سلسلة من جزيئات الببتيد الموضوعة على سطح لكي يرتبط بروتين التربسين به. يتدحرج الغلاف الميكروي ، الذي تضربه الحركة البراونية ، على طول الممر ملتقطًا ببتيدًا تلو الآخر.

يضمن هذا التصميم أن يكون اتجاه حركة الكرة الدقيقة في اتجاه واحد. هذا لأن تقارب التربسين هو لجزيئات الببتيد الموجودة أمامه لأنه تمت إزالة تلك الموجودة خلفه. إذن هناك تدرج كيميائي يدفعه للأمام. هذه الآلية تسمى السقاطة البراونية الجسر المحترق.

السقاطة المجهرية

بطبيعة الحال ، فإن أي كرة مجهرية تضربها الحركة البراونية ستتحرك في عملية تعرف باسم الانتشار. لكن هذه حركة عشوائية ذات خصائص إحصائية محددة.

قام كل من Korosec و Forde باختبار أجهزتهما عن طريق وضعه على سطح مغطى بـ “عشب” من الببتيدات. لقد وضعوا الغلاف المجهري المغلف بالتريبسين على هذا السطح وتتبعوا أين ذهب ومدى السرعة.

تحركت الكرة على النحو الواجب عبر السطح لتزيل “عشب” الببتيد أثناء تحركها. ويقولون: “يمكن أن تصل سرعة جزازة العشب إلى 80 نانومترًا في الثانية”.

قارن الباحثون هذه الحركة بحركة كرة مجهرية مماثلة تتحرك على سطح دون عشب الببتيدات. في هذه الحالة ، كانت حركتها متسقة مع الانتشار العادي ، وتتحرك بشكل عشوائي عند حوالي 20 نانومتر / ثانية.

هذا بحث مثير للاهتمام. في المستقبل ، يريد الباحثون تحديد كيفية تأثير العوامل المختلفة على الحركة ، مثل كثافة العشب الببتيد وشفرات التربسين وطول وصلابة الحبال لهذه الجزيئات. إنهم يريدون أيضًا بناء قنوات أحادية البعد من الببتيدات التي من شأنها أن تعمل مثل مسارات السباق الجزيئية لجزازات العشب.

أبعد من ذلك ، السماء هي الحد. ولكن الأمر سيستغرق وقتا. تطبيقات المحركات الجزيئية في العمل داخل المصانع الكيميائية التي نسميها الخلايا هي فيلق. إذا تمكن الباحثون يومًا ما من مطابقة جزء صغير من التعقيد والفائدة هناك ، فسيكون ذلك إنجازًا كبيرًا.


المرجع: جزازة العشب: محرك جزيئي جزيئي محترق قائم على البروتين: arxiv.org/abs/2109.10293

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *