Учёные заставили синхронно сокращаться тысячи наномашин

Полимер в сокращённом (слева) и растянутом состоянии (справа), а также молекула из трёх наномашин (в центре)

(иллюстрация Wiley-VCH Verlag, KGaA).

Природа постоянно создаёт множество сложных белковых структур, которые специалисты называют "молекулярными машинами". Они вовлечены во множество клеточных процессов, таких как транспорт ионов, синтез АТФ и деление клеток. Самый яркий пример согласованной работы биологических наномеханизмов – сокращение мышц. Тысячи белковых образований, каждое из которых действует на участке в несколько нанометров, координируются друг с другом и позволяют нам сгибать и разгибать конечности.

Французские учёные из Страсбургского университета (Université de Strasbourg) впервые создали сборку молекулярных машин, которые могут согласованно сокращаться и растягиваться под влиянием изменения кислотности среды (pH).

Результаты работы описаны в журнале Angewandte Chemie, а краткое описание приводится в пресс-релизе Национального научно-технического центра Франции (CNRS).

Принцип работы системы основан на строении и функциях ротаксанов. Эти искусственно синтезированные молекулы имеют форму гантели с надетой на неё кольцевидной структурой. В зависимости от количества положительно заряженных ионов водорода в окружающей среде кольцо смещается к одному или другому концу гантели. Пара таких молекул действует по принципу складной подзорной трубы.

Полимер в сокращённом (слева) и растянутом состоянии (справа), а также молекула из трёх наномашин (в центре) (иллюстрация Wiley-VCH Verlag, KGaA).

Французские исследователи соединяли ротаксаны в сочетании с ионами металлов в макромолекулы, из которых строили цепочки. Их длина сокращалась при повышении pH и увеличивалась при понижении.

Каждый элемент этой сборной цепи может увеличиваться всего на один нанометр. Но исследователям удалось построить такую длинную цепь, что суммарный эффект обеспечил сокращение на десять микрометров. Хотя это по-прежнему немного и сравнимо с толщиной паутины, но такие изменения хорошо заметны под микроскопом.

"Наши исследования показывают, что можно заставить молекулы работать вместе в макромасштабе", — говорит руководитель работ профессор Николя Жизеппон (Nicolas Giuseppone).

Специалисты полагают, что в будущем подобные наномашины могут быть использованы при изготовлении искусственных мышц, микророботов или новых материалов, которые, при включении в состав синтезированных макромолекул, обретут неожиданные свойства.

Также по теме:
Американцы натренировали мышцы перед пересадкой в организм
Рубцовую ткань превратили в сердечную мышцу без использования стволовых клеток
Создан робот-медуза, приводимый в движение клетками сердечной мышцы крысы
Искусственные мышцы сделают роботов похожими на людей
Инженеры создали робоноги, которые наиболее реалистично воспроизводят походку человека