DNR konstrukcijos

DNR konstrukcijos

Firuza Mamedova, Ksenia Fedosova
"Quantic" №1, 2016

Pav. 1

Žinoma, jūs girdėjote apie nanotechnologijas. Ar žinai, ką tai reiškia "nano"? Prefiksas "nano-" formuojamas iš senovės graikų kalbos žodžio νανος, kuris verčiamas kaip "nykštukas". Tai rodo, kad objektas yra šimto tūkstantųjų milimetrų dydžio. Ne kiekvienu mikroskopu galite pamatyti. Dar daugiau sunku pastatyti kažką naudingo iš tokių mažų objektų. O ką daryti, jei jūs sukursite šiuos objektus? Pasirodo, kad tai yra tinkamas nanomedžiagas, apie kurį jau seniai žinoma iš biologijos.

Kiekvienoje mūsų kūno ląstelėje yra ypatinga molekulė – DNR. Jo vardas yra dezoksiribonukleino rūgštis. Jame yra visa informacija apie mūsų kūną. DNR yra užkoduota, pavyzdžiui, ar mūsų akys yra pilkos arba mėlynos spalvos, aukštis yra žemas ar aukštas, o plaukai yra garbanoti arba tiesūs. Kiekvienas žmogus turi savo unikalią DNR molekulę, kurią galima išskirti iš kitų žmonių. Be to, kiekvienas gyvas organizmas turi savo DNR molekulę, pavyzdžiui, pingviną ar bulvę.

DNR išvaizda yra panaši į susuktą spiralę (1 pav.), Kurią sudaro dvi gijos.Šiose temose pateikiama informacija specialių blokų seka. nukleotidai. DNR molekulėje yra tik 4 šių blokų tipai: adeninas, tiiminas, citozinas ir guaninas Jie žymimi raidėmis. A, T, C ir R. DNR grandinės tarpusavyje lieka dėl to, kad jose sėdi nukleotidai. Be to, blokai yra klijuoti tarpusavyje pagal tam tikras taisykles: adeninas gali sieti tik su timinu, o citozinas – tik guaninu. Sakoma, kad adeninas papildomas tiiminas ir citozinas – guaninas. Taigi, jei mes žinome, kad vienas sriegis yra susijęs su antrąja, tada mes galime pasitikti, kad egzistuoja timinas prieš adeniną, citozinas, priešingas guaninai ir kt. Tai yra viena DNR molekulės grandinė, galime neabejotinai atkurti antrą!

Užduotis

Įvertinkite minimalų nukleotidų skaičių žmogaus DNR grandinėje, žinant, kad kiekvienas žmogus turi unikalią DNR ir kad 7 milijardai žmonių gyvena Žemėje.

Sprendimas

Antroji DNR grandinė yra vienareikšmiškai nustatyta pirmosios krypties, todėl pakanka įvertinti vienos krypties minimalų ilgį. Kiekvienoje vietoje gali būti vienas iš keturių nukleotidų – A, T, R arba C. Jei ilgis yra 16, galimų siūlų skaičius yra 416 = 4294967296, tai yra mažiau nei septyni milijardai. Tai reiškia, kad ilgis yra mažiausiai 17. Iš tiesų, asmens DNR ilgis paprastai yra kelis milijardus nukleotidų.

Spalene

Jei dvi papildomos nukleotidų sekos "sėdi" ant DNR grandinės, ji gali sulankstyti ir laikytis kartu su savimi, formuojant "spyna" (2 pav.).

Pav. 2

Tai reiškia, kad komplementarumas gali būti naudojamas kaip klijai, kurie mūsų temas klijais į kažką įdomų. Jūs netgi galite kurti savarankiškai surinkamas trimatis struktūras iš DNR. Vienas iš pavyzdžių, kuriuos mes dabar analizuosime.

Ežiukų grilis

Paimkite 7 DNR grandines (3 pav.).

Pav. 3

Pažiūrėkime į pirmąjį giją. Atkreipkite dėmesį, kad jei pastumtume du paskutinius nukleotidus į sriegio pradžią, gausime seką, susidedančią iš trijų vienodų blokų (4 pav.).

Pav. 4

Tokio bloko papildoma seka yra antrojo tipo gijų (pažymėtų raudona spalva). Taigi, jei pirmasis sriegis uždaromas į žiedą, tada gali prilipti trys antrojo tipo sriegiai (5 pav.).

Pav. 5

Likusios laisvos "uodegos" gali (nors ir ne visiškai) prikabinti prie trečios rūšies siūlų, nes mėlynos spalvos blokai papildo geltoną, o žalia – violetinė (6 pav.).

Pav. 6

Įdomu suvokti, kaip klijuoti siūlai bus orientuoti į erdvę. Pasirodo, visos šešios "uodegos" bus nukreiptos statmenai šešiems įsivaizduojamo kubo veidams, ir mes gausime "ežiuką" (7 pav.).

Pav. 7

Pastebime dar vieną įdomią funkciją: kiekvienoje "uodegoje" yra du laisvieji nukleotidai HA arba Prekybos centraskad šie "ežiukai" taps viena kitai! Tai reiškia, kad šeši tokie "ežiukai" gali pritvirtinti prie kiekvieno tokio "ežero", kuris sudarys kristalų grotelių mazgus. Taigi, jei išleidžiame į tirpalą daugybę šių trijų tipų, kurių santykis yra 1: 3: 3, po kurio laiko mes galime gauti savaime surinktą kristalą iš DNR!

Robotas keliautojas

DNR struktūras galima ne tik susikoncentruoti save, bet ir judėti! Tiesa, tai reikalauja šiek tiek pagalbos laboratorijoje. Vienas iš pirmųjų tokių nanorobotų buvo sukurtas šiek tiek mažiau nei prieš 10 metų ir buvo DNR grandinė, keliaujanti tirpale ant anksčiau paruošto paviršiaus. Šis nanobotas nejudėjo visiškai nepriklausomai: kiekvienam žingsniui technikai turėjo šiek tiek pakeisti tirpalo sudėtį. Ir kaip – pasakysime dabar.

Šio roboto molekulės judėjimo šerdis yra labai paprasta idėja. Įsivaizduokite, kad turime 10 nukleotidų eilutę, pavyzdžiui, ATGCTSTD.

Prie to pridėsime antrąją penkių nukleotidų grupę, papildančią pirmojo gabalo dalį: AKTH.

Antrasis siūlas pritvirtinamas prie pirmojo. Dabar pradėsime trečią 10 nukleotidų grandinę, kuri visiškai papildytų pirmąją giją. Kas atsitinka šioje byloje? Trečiasis siūlas pirmojoje grandinėje geresnis už antrąjį, taigi po kurio laiko jis užims antrą ir taps pirmuoju (8 pav.).

Pav. 8

Būtent šiuo principu ("labiausiai tikėtina, kad tinkamiausi siūlai bus prijungti"), kad "nanobot" veikia. Pati nanobotą sudaro du klijuoti nukleotidų grandinių seka:

Pav. 9

Jis vaikštys ant substrato, ant kurio nukleotidų sruogos tvirtinamos toje pačioje vietoje (10 pav.). Kiekvienas fiksuotas sriegis susideda iš trijų blokų, antrasis ir trečiasis blokai vienas kitą papildo vienas kitą, o pirmasis blokas papildo vieną iš roboto blokų (tie patys blokai nesiskiria perinti ir tos pačios spalvos, o papildomi blokai skiriasi perinti ir viena spalva): kiekvienas siūlas sulenktas į "spintelę".

Pav. 10

Iš pradžių robotas yra klijuoti tarp 1 ir 2 sriegių (11 pav. a)Norint atlikti pirmąjį žingsnį, leiskite į tirpalą išskaidyti molekulę, kuri visiškai papildo pirmąją grandinę. Tai pakeis dalį "nanobot", kaip parodyta 11 paveiksle.

Pav. 11

Be to, ši staiga atskiriama dalis ištiesins trečiąją "spyna" ir taps tinkamesnė (12 pav.).

Pav. 12

Dabar paleiskime molekulę, kuri visiškai papildo antrąją grandinę. Kaip rezultatas, dalis mūsų nanobot bus nuimama nuo antrojo siūlai ir taps ketvirta. Kartodami procedūrą, jūs galite priversti "nanobot" judėti ant pagrindo!

Mūsų nanobotas lengvai važiuoja, tačiau yra pokyčių, leidžiančių vilkti "krūvį", pavyzdžiui, aukso molekules.

Taigi galite rinkti ne tik kristalus ir "Hodilk" robotai, bet, pavyzdžiui, dėžes, kurios atidaromos tik tada, kai sutinkate raktą – specialų DNR fragmentą. Molekulė, saugoma iš anksto dėžutės viduje, nebus galima bendrauti su nieku, kol dėžutė bus atidaryta. Tokiose dėžėse galite pristatyti vaistus į tikslinės žmogaus organizmo ląsteles ir audinius be ankstyvo "siuntinio" išleidimo.

Menininkas Artyom Kostyukevich


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: