Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Как сделать кремниевую жизнь

29.03.2012 Наука и жизнь

Бактериальный белок обучили соединять углерод с кремнием.

Жизнь довольно часто именуют углеродной. Особенные химические особенности углерода разрешают делать из него долгие молекулярные цепи, среди них и разветвленные, а вдруг мы взглянуть на молекулы белков, липидов и нуклеиновых кислот, то именно такие цепи и заметим – по преимуществу углеродные, не смотря на то, что и с участием вторых атомов.

Структура одного из неестественных кремнийорганических соединений под микроскопом. (Фото: R. Tanaka / Flickr.com.) Бактерии Rhodothermus marinus, чей белок модифицировали для работы с кремнием. (Фото: Microbewiki.) ‹ ›

Но углерод таковой несколько – на него весьма похож кремний, которого к тому же в земной коре в 150 раза больше, чем углерода (кремний по большому счету один из самых распространенных элементов во Вселенной). Более того, не смотря на то, что жизнь на Земле и отправилась по углеродному пути, кое-какие живые организмы кремнием не пренебрегают: он нужен растениям как фактор плодородия (в растительных клетках возможно кроме того отыскать фитолиты – микроскопические частицы диоксида кремния SiO2), а диатомовые водоросли тот же диоксид кремния применяют для постройки защитного панциря.Как сделать кремниевую жизнь

Но в биомолекулах кремния нет. Химики, само собой разумеется, в далеком прошлом обучились синтезировать углеродно-кремниевые молекулы – такие кремнийорганические соединения возможно отыскать в фармацевтике, среди красителей, уплотнителей, гербицидов и т. д. Но, повторим, у живых организмов нет ферментов, каковые имели возможность бы манипулировать кремниевыми соединениями.

И вот сотрудникам Калифорнийского технологического университета таковой фермент сделать удалось. Фрэнсис Арнольд (Francis H. Arnold) и ее сотрудники применяли эволюционный подход, другими словами сперва они из всего многообразия белков нашли такие, каковые в принципе имели возможность бы трудиться с кремнием, по окончании чего начали вносить в эти молекулы более либо менее случайные мутации.

Из-за мутаций в белке изменялась последовательность аминокислот, соответственно, изменялись свойства всей протеиновой молекулы, среди них и ее склонность трудиться с тем либо иным химическим субстратом. По окончании каждой мутации белки контролировали на предмет того, как они относятся к кремнию.

В опыте изначально «принимали участие» не все ферменты, каковые лишь возможно отыскать в живой природе, а те, что содержат химическую группу называющиеся гем. Самый узнаваемый гем-содержащий белок – гемоглобин, что переносит кислород. Но имеется кроме этого много белков, применяющих гем для исполнения химических реакций: в геме заключен атом железа, и именно благодаря железу, которое в геме легко принимает и отдает электроны, манипуляции с химическими связями становятся очень сильно несложнее с физико-химической точки зрения.

Ключевую роль белки с гемом играются в дыхательной цепи митохондрий. Отметим, что сущность дыхательной цепи в том, дабы окислить какую-то органическую молекулу, а взятую в следствии энергию заключить в удобной для клетки форме; окисление происходит достаточно сложно и с участием сходу пара белков, среди которых львиную часть работы делают гем-содержащие цитохромы.

В следствии неестественной эволюции, которая должны была сделать протеиновые молекулы талантливыми трудиться с кремнием, вперед вырвался белок называющиеся цитохром из бактерии Rhodothermus marinus. В статье в Science говорится, что этому цитохрому хватило очень мало мутаций, дабы посредством железа и гема в нем обучиться создавать химические связи между кремнием и углеродом; причем эффективность его появилась в пятнадцать раз выше, чем у наилучшего способа химического синтеза, применяемого с той же целью. Модифицированный цитохром с синтезировал двадцать разных углеродно-кремниевых соединений, девятнадцать из которых химики до сих пор имели возможность представить разве что в теории.

Но все это цитохром проделывал, так сообщить, в пробирке, а вот что по поводу настоящей клетки? В то время, когда ген для того чтобы белка ввели в ДНК кишечной палочки, то оказалось, что в ней цитохром трудится равно как и в реакционной смеси: в клетках кишечной палочки показались углеродно-кремниевые соединения. В случае если учесть, что для новых функций белку пригодилось не довольно много мутаций, то возможно представить, что в один прекрасный день земные бактерии обучатся-таки применять кремний, и тогда кремниевая (либо кремнийорганическая) судьба, которую фантасты и астробиологи ищут на вторых планетах, расцветет прямо у нас под боком.

Иначе, кремниевая судьба все-таки до сих пор почему-то на Земле не расцвела, не смотря на то, что кремния тут даже больше чем нужно. Предполагается, что так вышло вследствие того что кремний, при всей собственной схожести с углеродом, все-таки не владеет таковой, как у углерода, пластичностью в формировании химических связей с другими элементами, так что потенциальное разнообразие кремнийорганических биомолекул оказывается не таким уж громадным.

Быть может,  новый фермент окажет помощь экспериментально проверить эту догадку. Что до более приземленных материй, то авторы работы считают, что модифицированный цитохром (либо какие-то другие похожие на него белки) понадобится в производстве кремнийорганических соединений – тем более что ненужных побочных продуктов у него образуется очень мало.

По данным LiveScience.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: жизнь и Наука (nkj.ru)

Случайные записи:

Как очистить и ОБОГАТИТЬ ВОДУ КРЕМНИЕМ? Очень простой и доступный метод


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , , ,