Электрический провод из ДНК

29.06.2016

Исследователи из Университета штата Аризона и Университета Дьюка открыли, что хорошую электропроводку в принципе можно сделать из ДНК.

Дело не столько в том, что длинная спиральная ДНК сама по себе напоминает электрошнур. Всякая молекула - это атомы, чьи электроны могут быть в той или иной степени свободными. Свободные электроны могут перебегать с места на место, при условии, конечно, если им есть куда бежать. У ДНК такие "потенциально бегающие" электроны есть, однако довольно долго не было ясно, как именно они могут перемещаться по молекуле.

Как известно, электронам присущ квантово-волновой дуализм, то есть они ведут себя и как частицы (кванты), и как волны. Ранее Нун Цзянь Тао (Nongjian Tao), Дэвиду Бератану (David N. Beratan) и их коллегам удалось установить, что на разных расстояниях электроны ДНК ведут себя по-разному: если на небольшой дистанции электроны распространяются подобно волне, то на большом расстоянии они больше напоминают частицы, прыгающие с места на место, как это происходит в полупроводниках. Если говорить об эффективности, то первый способ предпочтительнее: электроны "в виде волны" двигаются слаженнее и быстрее, чем "в виде частицы".

В своих новых экспериментах исследователи захотели выяснить, можно ли сделать так, чтобы электроны в ДНК "ходили волнами" и на большие расстояния тоже. Как мы знаем, каждая цепь ДНК состоит из множества мономеров: прикрепленных к сахару рибозе четырех азотистых оснований (А, Т, G, С), кодирующих генетическую информацию; в свою очередь, рибозы с основаниями соединены в нить через фосфорную кислоту.

Двуцепочечная нить ДНК достаточно прочная, однако она может сгибаться, менять форму, параметры спирали могут меняться в сторону большей или меньше спирализованности и т. д. - и все это влияет на то, как электроны будут в ней путешествовать. Наконец, сама последовательность оснований здесь тоже важна - можно предположить, что какие-то комплексы генетических "букв" окажутся более проводящими, чем другие.

Действительно, с помощью компьютерного моделирования удалось выяснить, что повторяющиеся гуаниновые (G) блоки помогают электронам бегать волнами не только на малые, но и на большие расстояния. И что такие участки помогут электронам справиться с препятствиями, возникающими из-за движения разных частей ДНК-цепочки, из-за изогнутостей, искривленностей и т.д.

Эксперименты с короткими, длиной всего в 6-16 генетических "букв" фрагментами ДНК показали, что все действительно так: гуаниновые комплексы улучшают проводимость молекулы. Поскольку основания цепей соответствуют друг другу по принципу комплементарности, то есть если в одной стоит А, то в другой будет Т, и если в одной - G, то в другой - С, то и гуаниновые блоки выглядели как чередование GC.

Последовательность ДНК влияет на поведение электронов и на проводимость самой молекулы. Очевидно, можно попытаться синтезировать такую ДНК, в которой электроны обеспечивали бы хорошую проводимость - такая молекула, возможно, смогла бы составить конкуренцию тем бактериальным ворсинкам. С другой стороны, проводимость должна меняться из-за мутаций, то есть из-за изменений в последовательности ДНК, что можно было бы как-то использовать в медицинской генетике.

<< Назад: Молекулу скрестили со светом при комнатной температуре 29.06.2016

>> Вперед: Контрацептивы для кенгуру 28.06.2016

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Направление, в котором падает антиматерия 17.11.2018 Из школьного курса физики нам известно, что молоток и легчайшее перышко, будучи помещенными в вакуум, упадут на поверхность в один и тот же момент. Это было наглядно продемонстрировано американскими астронавтами миссии Apollo 15, а теперь ученые европейской организации ядерных исследований CERN планируют внести в этот простой эксперимент экзотический элемент, они будут "бросать" частицы антиматерии в вакуумной камере и наблюдать за воздействием на них сил гравитации. И, вполне возможно, что антиматерия будет "падать вверх" в силу своей анти-природы. В нашем мире у каждой элементарной частицы имеется соответствующая ей по всем параметрам, за исключением противоположного электрического заряда, пара. Если обычная частица и античастица сталкиваются в пространстве, они взаимно уничтожаются, превращаясь в чистую энергию. Естественно, что такое свойство антиматерии затрудняет ее получение, хранение и изучение. В 2010 году ученым CERN удалось поймать в магнитной ловушке и изучить антиматерию, хотя время хранения антиматерии составляло всего доли секунды. Но уже в следующем году время удержания антиматерии в ловушке было увеличено до 16 минут. Существующие физические теории предсказывают, что силы гравитации должны воздействовать на антиматерию точно также, как и на нормальную материю. Но это предположение должно быть проверено на практике, ведь даже небольшие отклонения теории от практики способны внести огромные изменения в существующую Стандартную Модель физики элементарных частиц. В рамках таких "проверочных" экспериментов несколько лет назад группа ученых CERN изучила оптический спектр антиводорода и нашла, что этот спектр абсолютно идентичен спектру нормального водорода. Еще одним фундаментальным вопросом является то, как реагирует антиматерия на силы гравитации. Согласно теории, частицы антиматерии должны падать в гравитационном поле точно так же, как и частицы обычной материи. Но существует один шанс из миллиона, что частицы антиматерии будут падать в обратном направлении. И это можно будет узнать, лишь высвободив антиматерию из "объятий" удерживающей ее электромагнитной ловушки. Проблема антиматерии и гравитации будет изучаться в ходе двух экспериментов, в которых, сразу после получения частиц антиматерии, будут отключены удерживающие их магнитные ловушки. А чувствительные датчики будут регистрировать всплески энергии и их точное положение. По получаемым данным ученые вычислят траекторию движения частиц антиматерии и измерят величину эффектов воздействия на них сил гравитации. Основным различием между двумя экспериментами является метод получения антиматерии и ее подготовка к броску в свободное падение. Первый из экспериментов, ALPHA-g, базируется на уже существующем оборудовании эксперимента ALPHA, которое позволяет ученым создавать антиматерии и удерживать ее в ловушке. Антипротоны получаются при помощи установки Antiproton Decelerator (AD) и объединяются с позитронами для создания нейтральных атомов антиводорода. Именно нейтральная природа атомов антиводорода и позволяет избежать влияния на него других сил и точно измерить влияние сил гравитации. Второй эксперимент, GBAR, черпает антипротоны из замедлителя ELENA и комбинирует их с позитронами, полученными при помощи маленького линейного ускорителя. Антипротоны (ионы антиводорода) охлаждаются до 10 микрокельвинов и при помощи света лазера превращаются в нейтральные атомы. Полученные антиатомы попадают в подготовленную ловушку, где производится их дальнейшее изучение. К сожалению, на проведение этих экспериментов требуется очень много времени. А ситуация усугубляется еще тем, что через несколько недель ускорители CERN будут снова закрыты на два года, в течение которых будет производиться их коренная модернизация, которая приведет к превращению нынешнего Большого Адронного Коллайдера в установку следующего поколения, в Большой Адронный Коллайдер с высокой яркостью (High-Luminosity Large Hadron Collider, HL-LHC). Но ученые экспериментов GBAR и ALPHA-g рассчитывают, что оставшегося времени им должно хватить для проведения экспериментальной части исследований, а обработать собранные при этом данные можно будет и немногим позже.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025