🤚🏿 🍔 🛬 सिंक्रोनस फ़्युट: नैनो टेक्नोलॉजी में बायोलॉजिकल मोटर्स ⚔️ 🐓 👨🏾‍🌾

हमारी आकाशगंगा के विशाल विस्तार में, कई रहस्य छिपे हुए हैं जो दुनिया भर के वैज्ञानिकों को खोजने और जानने के लिए इतनी कोशिश कर रहे हैं। हालांकि, रहस्यमयी होने के लिए कुछ बड़ा होना जरूरी नहीं है। इसका एक ज्वलंत प्रमाण सेलुलर स्तर पर पड़ी दुनिया है। कोशिकाओं के सबसे विविध रूप, संरचना, कार्यात्मक और उद्देश्य एक साथ मिलकर एक सामान्य कार्य को पूरा करते हैं - शरीर के जीवन को बनाए रखते हैं। यदि आप अतिशयोक्ति करते हैं, तो कोशिकाओं, जैसे लोगों के पास पेशे होते हैं: पोस्टमैन, कोशिकाओं और ऊतकों के बीच सूचना प्रसारित करना; सीमा गार्ड जो संक्रमण की पहचान करते हैं और लड़ते हैं; संग्रहकर्ता जानकारी एकत्र करना और संग्रहीत करना, आदि। विशिष्टताओं की इस अविश्वसनीय श्रेणी में, एक बहुत ही असामान्य है, कम से कम हमारे लिए, पेशे - एक जैविक मोटर, जो कोशिकाओं के संचलन के लिए आवश्यक यांत्रिक बल उत्पन्न करता है।

ये कोशिकाएँ नैनोटेक्नोलॉजी के संदर्भ में विशेष रूप से दिलचस्प हैं। पहले, जैविक मोटर्स पर आधारित एक व्यावहारिक नैनो-उपकरण के कार्यान्वयन में एक समस्या थी - मोटर्स को बड़ी प्रणालियों में एकीकृत किया जाना चाहिए ताकि उनके यांत्रिक आंदोलनों को अन्य आणविक इकाइयों के साथ प्रभावी ढंग से जोड़ा जा सके। म्यूनिख विश्वविद्यालय (जर्मनी) के वैज्ञानिक इस अवधारणा के कार्यान्वयन के करीब पहुंचने में कामयाब रहे। मॉडल बनाने में किन विशिष्ट कोशिकाओं और आणविक इकाइयों का उपयोग किया गया था, उनका काम कैसे नियंत्रित किया गया था, कार्य प्रणाली का कार्य क्या था और इसके क्या परिणाम सामने आए? हम इन सवालों के जवाब शोध समूह की रिपोर्ट में पाएंगे। जाओ।

अध्ययन का आधार

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक जैविक मोटर एक सेल है जो कोशिकाओं के आंदोलन को महसूस करने के लिए आवश्यक यांत्रिक बल उत्पन्न करता है, साथ ही साथ इंट्रासेल्युलर परिवहन भी करता है। इन मोटरों में मोटर प्रोटीन और प्रोटीन कॉम्प्लेक्स शामिल हैं।

अपनी गैर-मानक गतिविधियों को करने के लिए, किसी भी मशीन की तरह मोटर प्रोटीन को ईंधन की आवश्यकता होती है। एडेनोसिन ट्राइफोस्फोरिक एसिड (एटीपी, सी ₁₀ एच ₁₆ एन ₅ ओ ₁₃ पी ₃ ) अपनी भूमिका निभाता है । एटीपी जीवित प्रणालियों के भीतर सभी जैविक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा का एक सार्वभौमिक स्रोत है। हाइड्रोलिसिस * एटीपी

द्वारा मोटर प्रोटीन कार्य करता है , जो प्रोटीन को रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक कार्यों में परिवर्तित करने की अनुमति देता है।

हाइड्रोलिसिस * एक विघटित पदार्थ और एक विलायक के बीच विनिमय अपघटन की प्रतिक्रिया है, जिसमें एक पदार्थ का अपघटन (इस मामले में एटीपी) और पानी नए यौगिकों के गठन के साथ होता है।

विशेष रूप से, मोटर प्रोटीन में मायोसिन, किनिन्स और डायनेन्स शामिल हैं। Myosins मांसपेशियों के संकुचन की प्रक्रिया में भाग लेते हुए सभी मांसपेशियों के प्रोटीन का लगभग 40-60% बनाते हैं।

माइनोसिस, अर्धसूत्रीविभाजन और वेसिक्यूलर परिवहन की प्रक्रियाओं में भाग लेते हुए, कई वर्षों पहले वैज्ञानिक मेमे, जो सूक्ष्मनलिकाएं (प्रोटीन इंट्रासेल्युलर संरचनाएं) के माध्यम से यात्रा करते हैं।

एक सूक्ष्मनलिका के माध्यम से किन्सिन कैसे चलता है, इसका वीडियो प्रदर्शन मेम में परिवर्तित हो जाता है। (मूल को द इनर लाइफ़ ऑफ़ ए सेल से लिया गया है ; वीडियो पर संगीत ओवरले है, स्टेइन अलाइव, बी गीज़, 1977)।

डायनेन्स, जैसे किनेन्स, भी साइटोस्केलेटन के सूक्ष्मनलिकाएं के साथ चलते हैं, कार्गो ट्रांसफर की प्रक्रिया में भाग लेते हैं (वेसिकल्स, मिटोकोंड्रिया, आदि)।

नैनोटेक्नोलॉजिस्ट द्वारा बायोमोटर्स में रुचि कई महत्वपूर्ण कारकों के कारण है: नैनोस्केल, बायोकम्पैटिबिलिटी और निर्दिष्ट कार्यों के साथ बायोमोटर्स बनाने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग का उपयोग करने की क्षमता।

फिलहाल, जैविक मोटरों की कार्रवाई के सिद्धांतों के आधार पर कई विकास हैं। हालांकि, एक एकल आणविक मोटर कितना वास्तविक काम कर सकती है, इसके बारे में जानकारी अभी तक पूर्ण कार्यान्वयन के लिए पर्याप्त नहीं है। वैज्ञानिकों के लिए एक और पहेली यह है कि आणविक गति ब्लॉक को एक बड़ी संरचना में कैसे एकीकृत किया जाए ताकि इसका निर्देशित आंदोलन प्रभावी रूप से संरचना में दूरस्थ बिंदुओं पर संभावित ऊर्जा में वृद्धि में बदल जाए।

जाहिर है, कई बाधाएं हैं, लेकिन इसने वैज्ञानिकों को कभी नहीं रोका। आज हम जिस अध्ययन का परीक्षण कर रहे हैं, उसमें वैज्ञानिक आणविक स्थापना 1 का वर्णन करते हैं, जो आपको मोटर इकाई से दूरस्थ रिसीवर इकाई तक संभावित ऊर्जा स्थानांतरित करने की अनुमति देता है, जिससे उत्तरार्द्ध की गति तेज होती है (छवि नंबर 1)।

इमेज नंबर 1

रिसीवर यूनिट की भूमिका अक्षीय-चिरल * बायरील * द्वारा निभाई गई थी , जो अपने गैर- टेथरर्ड फॉर्म (मॉडल सिस्टम 2) में 1: 1 ( 1 ए ) के संतुलन की दिशा में एट्रोपिसोमराइजेशन के धीमे और गैर-दिशात्मक रोटेशन से गुजरती है ।

अक्षीय काइरेलिटी * कुछ अक्ष के सापेक्ष प्रतिस्थापन की एक गैरप्लांटर व्यवस्था के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है - चिरलिटी का अक्ष।

Biaryl * - कोई भी कंपाउंड जिसमें एक सबस्ट्रक्चर होता है, जो दो एरोमैटिक कंपाउंड्स या आर्यल ग्रुप्स का एक संयोजन होता है, यदि वे एक ही बॉन्ड से जुड़े हों।

आणविक मोटर ब्लॉक का संयुग्मन यूनिडायरेक्शनल को इस एट्रोपिसोमराइज़ेशन को संतुलन से मोड़ने की अनुमति देता है। नतीजतन, बायरील का एट्रोपिसोमरीकरण अब निष्क्रिय नहीं है (मोटर के संचालन के बाद), लेकिन एक ऊर्जा बाधा का प्रतिनिधित्व करता है जिसके खिलाफ मोटर को सक्रिय रूप से काम करना होगा।

मशीन 1 में, परिमाण के कई आदेशों द्वारा बायोरल के एट्रोपिसोमिराइजेशन की दर में वृद्धि एक मोटर की कार्रवाई से प्राप्त होती है जो बायलरल के पृथक रोटेशन ( 1b और 1s द्वारा मॉडल सिस्टम 2 ) में आंतरिक बाधाओं को दबाती है ।

आणविक स्थापना 1 में HTI पर आधारित एक आणविक मोटर इकाई शामिल है, जो इंडिगो क्रोमोफोरस वर्ग से संबंधित है। इस प्रकार की इकाई प्रकाश के प्रति अत्यंत संवेदनशील है, अर्थात्। प्रकाश के लिए धन्यवाद, इसे नियंत्रित किया जा सकता है। मोटर ब्लॉक सहसंयोजक एक दूरस्थ बायरील अक्ष से जुड़ा होता है, जो मोटर के रोटेशन के साथ नहीं चलता है।

इस स्थापना और इसके पहले संस्करणों के बीच अंतर में से एक अतिरिक्त राज्यों (चरणों) की उपस्थिति है: पहले संस्करण में 4 राज्य थे और केवल मोटर के रोटेशन चरणों द्वारा विनियमित किया गया था; एक नया विकल्प एक छह गति प्रणाली (छवि नंबर 2) है।

छवि संख्या 2

छह आइसोमेरिक अवस्थाओं को इस प्रकार नामित किया गया है: एटी स्ट्रेस स्टेट ए के लिए; आराम राज्य ए, साथ ही बीआर, सीटी, सीआर, और डीआर (सिस्टम के मध्यवर्ती राज्य) के लिए एआर।

इनमें से पांच चरणों को प्रयोगात्मक रूप से मनाया जा सकता है, जो छठे चरण की उपस्थिति की पुष्टि करता है और इसलिए, ब्लॉक मोटर और ब्लॉक रिसीवर के संबंधित सिस्टम के 360 डिग्री रोटेशन के लिए पूर्ण दिशात्मकता की पुष्टि करता है।

मोटर सिस्टम 1 को ब्रोमिनेटेड एचटीआई अग्रदूत के कारण अभिसरण विधि द्वारा संश्लेषित किया गया था, जिसमें एक सहसंयोजक बंधन जिसमें बोरोनिक एस्टर का कार्य होता है, तांबे-उत्प्रेरित क्लिक प्रतिक्रिया के माध्यम से जुड़ा हुआ था।

इसके बाद, सुज़ुकी प्रतिक्रिया * macrocyclization * देता है , इसके बाद अंतिम संरचना 1 देने के लिए ऑक्सीकरण होता है।

सुजुकी प्रतिक्रिया * आरडीएल या विनाइल हैलाइड्स के साथ आरिल और विनाइलबरोनिक एसिड की एक कार्बनिक प्रतिक्रिया है, जो कि पीडी (0) परिसरों द्वारा उत्प्रेरित है।

मैक्रोसायक्लाइज़ेशन * - एक चक्रवात प्रतिक्रिया जो एक मैक्रो चक्र के गठन की ओर ले जाती है, अर्थात। एक रासायनिक यौगिक जिसमें एक अंगूठी बनाने वाले 9 या अधिक बंधे हुए परमाणु होते हैं।

सिस्टम 1 के एआर और सीआर के दो सबसे स्थिर राज्यों और सिस्टम 2 के सबसे स्थिर राज्य के लिए, संरचनात्मक विश्लेषण के लिए उपयुक्त क्रिस्टल प्राप्त किए गए थे ( 1d पर रेमिक * एआर के ®-कॉन्फ़िगर आइसोमर्स ; 1e पर सीआर )।

रेसमैट * दो स्टीरियोइसोमर्स का एक विषुव मिश्रण है, जो एक दूसरे के दर्पण चित्र हैं। रेसमिक यौगिक में क्रिस्टल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में दोनों एनेंटिओमर्स के अणु होते हैं, और उनका अनुपात 1: 1 है।

चूंकि एचपीएलसी (उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी) का उपयोग करके एआर / एटी और सीआर को अलग किया जा सकता है, विभिन्न तापमानों पर हीटिंग और विकिरण की स्थितियों के तहत उनके व्यवहार का स्वतंत्र रूप से अध्ययन किया जा सकता है। जब (CDCl ₂ ) में रेसीमिक CR सॉल्यूशन को 80 ° C - 140 ° C तक गर्म किया _गया , तो 93% मामलों में अधिक स्थिर AR का गठन किया गया। यह इन दोनों राज्यों के बीच इस तापमान सीमा में मुक्त थैलेपी theG = 1.8-1.9 kcal / mol में अंतर निर्धारित करता है। पत्राचार संबंधी गतिज विश्लेषण ने 80 ° C पर 28.2 kcal / mol के उच्च-ऊर्जा अवरोध का पता लगाया, जिसके साथ Z / E डबल बॉन्ड का थर्मल आइसोमेरिज़ेशन हुआ।

जब शुद्ध सीआर -105 डिग्री सेल्सियस पर सीडी ₂ सीएल ₂ / सीएस _{2 में} ठंडा करें(अनुपात 4/1) और 450 एनएम प्रकाश के साथ इसे विकिरणित करने पर, संकेतों का एक नया सेट प्रकट होता है, जो संकेतों एआर और एटी ( 3 ए ) के ज्ञात सेट से भिन्न होता है ।

छवि नंबर 3

-80 डिग्री सेल्सियस और पूर्ण अंधेरे के तापमान पर 28 मिनट के भीतर डीआर आइसोमर के संकेतों का 75% तक क्षय होता है, लेकिन एटी आइसोमर के संकेत, इसके विपरीत, बढ़ते हैं ( 3 )।

डीआर (शेष 12%) और एटी (88%) के बीच थर्मल संतुलन -60 डिग्री सेल्सियस पर मनाया जाता है, जो दोनों राज्यों के बीच expressedG = 0.84 किलो कैलोरी / मोल में व्यक्त किया जाता है। थर्मल अपघटन के काइनेटिक विश्लेषण ने इस प्रक्रिया के लिए -80 ° C पर 13.9 kcal / mol के साथ एक सक्रिय नि: शुल्क सक्रियण थैलेपी of G = 13.9 का पता चला। -40 से 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, एटी संकेतों के क्षीणन और ज्ञात एआर संकेतों में एक सहवर्ती वृद्धि देखी जाती है जब तक कि उनके बीच संतुलन नहीं मिलता है। इस प्रक्रिया का एक गतिज विश्लेषण 19 to G के बराबर है जो 18.4 से 19.3 kcal / mol के तापमान पर -40 ... 0 ° C के तापमान के बराबर है।

इस प्रकार, यह पाया गया कि सीआर के विकिरण से पहले डीआर फोटोसिओर्माईज़ेशन उत्पाद होता है, जो मोटर ब्लॉक में एकल हेलिक्स को बदलकर एटी आइसोमर में बदल जाता है। सीडी ₂ में एआर / एटी के संतुलन समाधान को ठंडा करते समयCl ₂ / CS ₂ को -105 ° C तक और जब इसे 450 एनएम प्रकाश के साथ विकिरणित किया गया था, तो इसकी व्यापकता के कारण AR फोटोरिएशन देखा गया था। संकेतों का एक नया सेट भी प्रकट होता है जो पहले से ही ज्ञात सीआर ( 3 एफ ) संकेतों से भिन्न होता है । ये नए संकेत, एआर फोटोरिएक्शन के उत्पाद होने के नाते, एआर से बीआर तक फोटोसिओर्माईज़ेशन की अपेक्षित दिशा की पुष्टि करते हैं, जो तब और भी अधिक स्थिर हो जाता है, कम तापमान पर भी सीटी के तेजी से उलटा उलटा गुजर रहा है।

-80 डिग्री सेल्सियस और पूर्ण अंधेरे में, बीआर / सीटी सिग्नल लगभग पूरी तरह से गायब हो जाते हैं, और केवल सीआर सिग्नल आगे ( 3e ) बढ़ाना जारी रखते हैं । यह सीटी और सीआर के बीच ऊर्जा अंतर के लिए कम सीमा देता है जो 0.98 किलो कैलोरी / मोल के बराबर है।

काइनेटिक विश्लेषण ने etic = जी = 13.4–13.5 किलो कैलोरी / मोल निर्धारित किया, जो एसटी के एसटी में रूपांतरण के लिए आवश्यक है। यह देखा जा सकता है कि सीआर में एट्रोपिसोमिराइज़ेशन ऑफ सीटी में सक्रियण ऊर्जा एआर (18.4 किलो कैलोरी / मोल) में एटी के एट्रोपिसोमिराइज़ेशन की तुलना में कम हो जाती है। यह एटी की तुलना में सीटी में उच्च तनाव (तनाव) के कारण हो सकता है, जो दो फेनोलिक ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच बड़ी दूरी के कारण हो सकता है, जो संरचनाओं सी में लिंकर श्रृंखला के कनेक्शन बिंदुओं के रूप में काम करता है, जो संरचनाओं ए में नहीं है। क्रिस्टलीय अवस्था में सीआर, दूरी है। दो ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच 10.6 है, जबकि एआर में यह 7.6 है। यह सी-संरचनाओं की तुलना में ए-संरचनाओं में लिंकर श्रृंखला को अधिक बेहतर (परमाणुओं की स्थानिक स्थिति) स्वतंत्रता देता है। यदि हम सीआर में सीटी के थर्मल परिवर्तन के लिए मुफ्त सक्रियण थैलेपी को ध्यान में रखते हैं,तब यह रूपांतरण प्रक्रिया -105 डिग्री सेल्सियस पर पूरी तरह से रोक दी जा सकती है।

-105 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, एआर प्रकाश के लिए मजबूत जोखिम के दौरान सीटी के संचय की डिग्री की जांच करना संभव है। यह संभव है यदि बीआर और एसटी के बीच ऊर्जा अंतर 2.0 किलो कैलोरी / मोल से अधिक हो और यदि एसटी संरचना स्वयं किसी भी फोटोकैमिस्ट्री प्रक्रियाओं में शामिल नहीं है। हालांकि, -105 डिग्री सेल्सियस पर एआर विकिरण के दौरान सीटी संचय संभव नहीं है, क्योंकि सीटी और बीआर के बीच तेजी से थर्मल संतुलन है।

तालिका संख्या 1

उपरोक्त टिप्पणियों और डेटा का संयोजन आपको मॉडल 1 (छवि नंबर 2 और नंबर 4) में यूनिडायरेक्शनल रोटेशन के 6-चरण अनुक्रम का एक यांत्रिक चित्र बनाने की अनुमति देता है।

चित्र संख्या 4

विभिन्न तापमान स्थितियों के साथ प्रयोगों ने हमें CR और AR / AT, DR और AT, AT और AR के बीच ∆G की तापमान निर्भरता निर्धारित करने की अनुमति दी, साथ ही BR / CT और CR, DR और AT, AT और AR (तालिका संख्या) के लिए for G की तापमान निर्भरता। 1)।

HTI मोटर पर आधारित सामान्य 4-चरण तंत्र के विपरीत, पूर्ण 360-डिग्री रोटेशन में दो अतिरिक्त चरण शामिल हैं, जो मोटर से बायलरल ब्लॉक तक संचारित संभावित ऊर्जा में वृद्धि हैं। इन दो चरणों के दौरान, मोटर और बायरील ब्लॉक ( 4 बी ) के बीच एक ऊर्जा बंधन बनता है , अर्थात। उत्तरार्द्ध अब ऊर्जावान रूप से पतित नहीं है।

छवि नंबर 5

इसके बजाय, किसी भी एट्रोपिसोमर्स की ऊर्जा एक पूर्ण रोटेशन ( 5 एस) के दौरान मोटर के "शाफ़्ट" चरणों के कारण बढ़ जाती हैऔर 5 डी )। यह ऊर्जा परिवर्तन निम्नलिखित थर्मामीटर पर सक्रिय रूप से सक्रिय चरणों में एट्रोपिसोमर के 90% तक प्रदान करता है और इसलिए, तंत्र के एक कार्य चक्र के दौरान बायोरिल ब्लॉक का लगभग पूरा रोटेशन होता है।

यह अवलोकन संकेत दे सकता है कि बायोरिल ब्लॉक में संभावित ऊर्जा की वृद्धि हुई है, जो मोटर ब्लॉक के संचालन का परिणाम है। यह ध्यान देने योग्य है कि ऊर्जा की प्रारंभिक वृद्धि बायरील ब्लॉक तक पहुंचने से बहुत बड़ी है। तो, इसका केवल 72% मोटर से बायरील ब्लॉक तक प्रसारित होता है।

उपरोक्त टिप्पणियों से पता चलता है कि मोटर और बायरील ब्लॉक के बीच कनेक्शन की लंबाई ऊर्जा हस्तांतरण की डिग्री को बदलने की प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण पहलू है। इसलिए, कम कनेक्शन बीआर और डीआर से एटी और सीटी को स्थानांतरित करने के लिए अधिक संभावित ऊर्जा की अनुमति दे सकता है।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मेरा सुझाव है कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्रियों पर ध्यान दें।

उपसंहार

इस काम में, वैज्ञानिकों ने जैविक मोटर्स और आणविक तत्वों की बातचीत के आधार पर, उनके आविष्कार के संचालन के सिद्धांत का वर्णन किया। विकसित स्थापना आपको मोटर से संभावित ऊर्जा को एक विशिष्ट तत्व में स्थानांतरित करने की अनुमति देती है (इस मामले में, यह एक बायरल ब्लॉक है)। मोटर गतिविधि के परिणामस्वरूप, बायोरल के थर्मल एट्रोपिसोमिराइजेशन को अप्रत्यक्ष रूप से और तेज दर से आगे बढ़ने के लिए मजबूर किया जाता है। रोटेशन तंत्र में ऊष्मीय रूप से सक्रिय चूहे (चरण) के दौरान ऊर्जा हस्तांतरण होता है। यह भी पाया गया कि मोटर की प्रारंभिक ऊर्जा का लगभग 72% किसी दिए गए इकाई में संचारित होता है।

यह आविष्कार पूर्ण जैविक नैनोमीटर उपकरणों के निर्माण की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है। इस तरह के तंत्र के डिजाइन में जैव-मोटरों का उपयोग उनकी जैव-रासायनिकता, जेनेटिक इंजीनियरिंग के कारण कार्यक्षमता में बदलाव में आसानी, साथ ही साथ उनके प्राकृतिक नैनोस्केल के कारण होता है। फिलहाल कृत्रिम मोटर्स फायदे के उपरोक्त संयोजन का दावा नहीं कर सकती हैं।

शोधकर्ताओं का कहना है कि उनके काम का अगला चरण यह प्रदर्शित करना होगा कि उनकी स्थापना न केवल अमूर्त कार्यों को करने में सक्षम है, बल्कि उपयोगी भी है। दूसरे शब्दों में, आणविक स्तर पर उपयोगी कार्यों को करने के लिए उनके भविष्य के निर्माण को और अधिक परिष्कृत किया जाएगा।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और एक अच्छा काम करने का सप्ताह है, दोस्तों। :)

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