Viele Wissenschaftler nehmen eine natürliche Struktur als Beispiel und versuchen sie mechanisch nachzubilden und schließlich auf die industrielle Fertigung, Medizin, Transportwesen und unseren Alltag überhaupt anzuwenden.David Leigh, ein Professor in der Schule für Chemie am Universität Manchester, ist einer dieser Wissenschaftler, aber das Besondere hier ist, dass er sein Projekt auf molekularer Ebene durchführte. Dem Mechanismus der Proteinsynthese in jeder eukaryotischen Zelle folgend, Professor Leicht und sein Team haben erfolgreich eine nanoskalige Maschine entwickelt, die Moleküle als Bausteine verwendet, um größere Moleküle zu bauen. Das Gerät hat eine Gesamtlänge von nur wenigen Nanometern, sodass Sie es mit „unbewaffneten“ Augen nicht sehen können. Die Forschungwurde veröffentlicht in “Wissenschaft”.
„Die Entwicklung dieser Maschine, die Moleküle verwendet, um Moleküle in einem synthetischen Prozess herzustellen, ähnelt der von Robotern in Automobilwerken. Solche Maschinen könnten letztendlich dazu führen, dass der Prozess der Herstellung von Molekülen viel effizienter und kostengünstiger wird.“ ProfessorLeicht erklärt. "Dies wird allen möglichen Produktionsbereichen zugute kommen, da viele von Menschen hergestellte Produkte auf molekularer Ebene beginnen. Zum Beispiel modifizieren wir derzeit unsere Maschine, um Medikamente wie Penicillin herzustellen."
Normalerweise sind die Informationen für die Proteinsynthese im DNA Moleküle. Um den Prozess des Aufbaus des kodierten Proteinmoleküls zu starten, die darin enthaltenen InformationenDNA wird kopiert auf RNA Molekül, das als Transporter dient. Die RNA Molekül wird dann auf das Ribosom übertragen, wo die Proteinsynthese basierend auf den gelieferten Informationen beginnt RNA.
Die molekulare Maschine verwendet genau das Ribosom als Beispiel. Der Kern ist eine molekulare Spur mit Bausteinen entlang dieser Spur. Ein Nanoring bewegt sich entlang der Achse und nimmt diese Blöcke auf, ordnet und bindet sie in einer bestimmten Reihenfolge, um sie aufzubauendas gewünschte Molekül.
Zuerst wird der Ring von Kupferionen geführt. Der Ring bewegt sich entlang der Achse, bis er eine sperrige Gruppe erreicht. Danach a “reaktiver Arm” startet den Betrieb, indem es die Masse von der Schiene löst und an eine andere Stelle der Maschine weiterleitet. Dadurch wird die aktive Stelle am Arm regeneriert, wodurch sich der Ring entlang der Achse bewegen kann, bis er den nächsten Baustein erreicht. Der nächsteBlock wird an die gleiche Stelle übertragen, an der der vorherige Block hinzugefügt wurde, wodurch die neue Struktur verlängert und ein größeres Polymermolekül erzeugt wird.Wenn alle Bausteine aus der Spur entfernt sind, wird der Ring abgelöst und der Bau stoppt.
[Bildquelle: Universität Manchester]
“Das Ribosom kann sich zusammensetzen20 Bausteine pro Sekunde bis bis zu 150 sind verlinkt. Bisher haben wir unsere Maschine nur zum Verlinken verwendet 4 Blöcke und es dauert12 Stunden, um jeden Block zu verbinden. Aber Sie können den Montageprozess massiv parallelisieren: Wir verwenden bereits eine Million Millionen Millionen 1018 dieser Maschinen arbeiten parallel im Labor, um Moleküle zu bauen.“David erklärte Leigh. „Der nächste Schritt besteht darin, die Maschine zu verwenden, um anspruchsvolle Moleküle mit mehr Bausteinen herzustellen. Das Potenzial besteht darin, Moleküle herzustellen, die noch nie zuvor gesehen wurden. Sie werden nicht in der Natur hergestellt undkann aufgrund der derzeit verwendeten Verfahren nicht synthetisch hergestellt werden, das ist eine sehr spannende Möglichkeit für die Zukunft.“