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:

Восприятие музыки зависит от цвета концертного зала 03.03.2026

Восприятие живой музыки традиционно связывают с слухом, однако на впечатления от концерта влияют и другие факторы, включая визуальное оформление и освещение. Вопрос о том, может ли цвет интерьера напрямую изменять то, как мы слышим звук, долго оставался открытым. Недавнее исследование ученых из Технического университета Берлина проливает свет на эту связь и демонстрирует, что визуальная среда способна влиять на субъективное восприятие музыки. Чтобы изучить эффект цвета, исследователи предложили участникам прослушать записи концерта в виртуальных залах, оформленных в красные, зеленые и синие оттенки. Цвета варьировались по яркости и насыщенности, что дало 12 различных вариантов оформления. Поскольку построить физические залы с таким разнообразием цветов было невозможно, использовалась технология виртуальной реальности. Звук воспроизводился через наушники с бинауральной технологией, адаптирующей звучание к движениям головы, что создавало ощущение реального присутствия в зале. Участ ...>>

Chrysalis: концепт межзвездного корабля для 400-летнего путешествия 03.03.2026

Межзвездные полеты остаются одной из самых амбициозных целей человечества. Международный научный проект Chrysalis предложил концепцию космического корабля, способного совершить 400-летнее путешествие с экипажем из 2400 человек. Победивший в конкурсе 2025 года дизайн демонстрирует не только инженерные решения, но и социальную архитектуру, рассчитанную на 16 поколений людей, живущих на борту. В основе концепции лежит вращательная конструкция длиной 58 километров. Такая масштабная система должна создать искусственную гравитацию, достаточную для нормального функционирования организма, без вызывающей дезориентацию центробежной нагрузки. Для стабилизации конструкции проект предусматривает несколько цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях, что минимизирует колебания и вибрации. Сборка корабля планируется в точках Лагранжа - участках космоса, где можно минимизировать расход топлива. Движение корабля предполагается обеспечить прямым термоядерным двигателем на гелии-3 и дейте ...>>

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Освещение женской сумочки 26.12.2003 Братья Ф. и А. Брее из Германии предложили первое в мире устройство для внутреннего освещения женской сумки. Это стало возможным благодаря применению нового вида пластика, который легко принимает заданную форму и практически не нагревается от тепла вмонтированной электрической лампочки, питаемой от обычной батарейки.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026