Membina DNA

Membina DNA

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

Rajah. 1

Sesungguhnya anda pernah mendengar tentang nanoteknologi. Adakah anda tahu apa maksudnya "nano"? Awalan "nano-" terbentuk dari kata Yunani kuno νανος, yang diterjemahkan sebagai "kerdil". Ia menunjukkan bahawa objek itu mempunyai saiz susunan seratus ribu milimeter. Tidak dalam setiap mikroskop anda boleh melihatnya. Sememangnya lebih sukar untuk membina sesuatu yang berguna daripada objek kecil itu. Dan bagaimana jika anda membuat objek ini memasang diri anda? Ternyata untuk ini ada nanomaterial yang sesuai, yang telah lama diketahui dari biologi.

Dalam setiap sel badan kita terdapat molekul tertentu – DNA. Nama penuhnya ialah asid deoksiribonukleik. Ia mengandungi semua maklumat mengenai badan kita. DNA disulitkan, contohnya, sama ada mata kami kelabu atau biru, ketinggiannya tinggi atau rendah, dan rambutnya keriting atau lurus. Setiap orang mempunyai molekul DNA tersendiri, yang mana ia boleh dibezakan dari orang lain. Lebih-lebih lagi, setiap organisma hidup mempunyai molekul DNA sendiri, misalnya, penguin atau kentang.

Kemunculan DNA adalah serupa dengan helix berpintal (Rajah 1), yang terdiri daripada dua helai.Benang ini mengandungi maklumat dalam bentuk urutan blok khusus – nukleotida. Dalam molekul DNA terdapat hanya 4 jenis blok ini: adenine, thymine, cytosine dan guanine. Mereka dilambangkan dengan huruf. A, T, C dan R. Strands di DNA stick bersama-sama satu sama lain kerana tarikan nukleotida duduk di atasnya. Selain itu, blok-blok tersebut terpaku antara satu sama lain mengikut peraturan-peraturan tertentu: adenine boleh mengikat hanya kepada timin, dan cytosine – hanya untuk guanine. Dikatakan bahawa adenine pelengkap timin, dan cytosine – guanine. Oleh itu, jika kita mengetahui bahawa satu benang dikaitkan dengan yang kedua, maka kita dengan yakin boleh mengatakan bahawa ada timim bertentangan dengan adenine, sitosin bertentangan dengan guanine, dan sebagainya. Iaitu, oleh satu rantai molekul DNA, kita pasti boleh mengembalikan yang kedua!

Tugas

Anggarkan jumlah minimum nukleotida pada helai DNA manusia, mengetahui bahawa setiap orang mempunyai DNA yang unik dan 7 bilion orang hidup di Bumi.

Penyelesaian

Strand DNA kedua secara unik ditentukan oleh helai pertama, oleh itu, ia cukup untuk menganggarkan panjang minimum satu helai. Di setiap tempat boleh menjadi salah satu daripada empat nukleotida – A, T, R atau C. Jika panjangnya 16, maka bilangan benang mungkin ialah 416 = 4294967296, yang kurang daripada tujuh bilion. Ini bermakna panjangnya sekurang-kurangnya 17. Malah, panjang DNA seseorang biasanya beberapa bilion nukleotida.

Jepit rambut

Jika dua urutan nukleotida pelengkap "duduk" pada sehelai DNA, ia dapat membengkok dan melekat bersama dengannya, membentuk "rambut" (Rajah 2).

Rajah. 2

Ini bermakna bahawa pelengkap boleh digunakan sebagai gam, yang melekatkan benang kami menjadi sesuatu yang menarik. Anda juga boleh membuat sendiri struktur tiga dimensi dari DNA. Salah satu contoh yang akan kami analisa sekarang.

Gred Hedgehog

Ambil 7 helai DNA (Rajah 3).

Rajah. 3

Mari lihat lebih dekat pada benang pertama. Perhatikan bahawa jika kita mengalihkan dua nukleotida terakhir ke permulaan benang, kita akan mendapat urutan yang terdiri daripada tiga blok sama (Rajah 4).

Rajah. 4

Urutan pelengkap ke blok sedemikian adalah dalam benang jenis kedua (bertanda merah). Oleh itu, jika benang pertama ditutup ke dalam cincin, maka tiga benang jenis kedua boleh melekat padanya (Rajah 5).

Rajah. 5

Baki percuma yang selebihnya boleh dipatuhi (walaupun tidak sepenuhnya) ke benang jenis ketiga, kerana blok biru adalah pelengkap kepada kuning, dan hijau menjadi ungu (rajah 6).

Rajah. 6

Sangat menarik untuk memahami bagaimana benang terpaku akan berorientasi di angkasa. Ternyata semua enam ekor akan diarahkan serenjang ke enam wajah kiub khayalan, dan kita akan mendapat landak (Gambar 7).

Rajah. 7

Kami perhatikan satu lagi ciri menarik: pada setiap "ekor" terdapat dua nukleotida bebas HA atau Pusat membeli-belahbahawa "landak" ini akan berpaut kepada satu sama lain! Iaitu, enam "landak" itu boleh melekat pada setiap "landak" itu, yang akan membentuk nod dari kisi kristal. Oleh itu, jika kita melepaskan larutan sebilangan besar jenis tiga jenis ini dalam nisbah 1: 3: 3, maka selepas itu kita boleh mendapatkan kristal berkumpul sendiri dari DNA!

Pengembara Robot

Struktur DNA boleh dibuat untuk bukan sahaja memasang sendiri, tetapi juga bergerak! Benar, ia memerlukan makmal bantuan sedikit. Salah satu daripada nanorobot yang pertama dicipta kurang dari 10 tahun yang lalu dan merupakan rangkaian DNA perjalanan dalam penyelesaian pada permukaan yang telah disediakan sebelum ini. Nanobot ini tidak bergerak sepenuhnya secara berasingan: untuk setiap langkah, juruteknik perlu sedikit mengubah komposisi penyelesaiannya. Dan bagaimana – kita akan memberitahu sekarang.

Di tengah-tengah pergerakan molekul robot ini adalah idea yang sangat mudah. Bayangkan kita mempunyai rentetan 10 nukleotida, sebagai contoh, ATGCTSTD.

Untuk itu kita akan menambah helai kedua lima nukleotida, pelengkap kepada sekeping yang pertama: ACTH.

Benang kedua akan dilampirkan kepada yang pertama. Kini kita akan melancarkan ketulan ketiga 10 nukleotida, yang akan menjadi pelengkap sepenuhnya pada helai pertama. Apa yang berlaku dalam kes ini? Benang ketiga datang ke rantaian pertama yang lebih baik daripada yang kedua, jadi selepas beberapa waktu ia akan memaksa kedua dan melekat pada yang pertama (Rajah 8).

Rajah. 8

Ia adalah pada prinsip ini ("kemungkinan besar, benang yang paling sesuai akan dihubungkan") bahawa nanobot berfungsi. Nano itu sendiri terdiri daripada dua urutan rantai terpusat nukleotida:

Rajah. 9

Ia akan berjalan di atas substrat, di mana helai nukleotida ditetapkan pada jarak yang sama (Rajah 10). Setiap benang tetap terdiri daripada tiga blok, blok kedua dan ketiga adalah cermin-saling melengkapi antara satu sama lain, dan blok pertama adalah pelengkap kepada salah satu blok robot (blok yang sama tidak berbeza dalam menetas dan warna yang sama, dan blok pelengkap berbeza dalam penetasan dan satu warna): setiap benang terbengkalai menjadi "jepitan".

Rajah. 10

Pada mulanya, robot terpaku antara benang 1 dan 2 (Rajah 11, a).Agar ia mengambil langkah pertama, marilah kita melepaskan penyelesaian kepada molekul yang benar-benar pelengkap kepada helai pertama. Ia akan menggantikan sebahagian daripada nanobot, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 11.

Rajah. 11

Selain itu, bahagian ini secara tiba-tiba terpisah akan meluruskan "ikat" ketiga dan melekat pada bahagiannya sebagai lebih sesuai (rajah 12).

Rajah. 12

Sekarang marilah kita melepaskan molekul yang benar-benar pelengkap kepada helai kedua. Hasilnya, sebahagian daripada nanobot kita akan mengupas dari benang kedua dan melekat pada yang keempat. Mengulang prosedur, anda boleh memaksa nanobot untuk bergerak di atas substrat!

Nanobot kami mengembara ringan, tetapi terdapat perkembangan yang membolehkannya menyeret "beban", contohnya, molekul emas.

Oleh itu, anda boleh mengumpul bukan sahaja kristal dan robot hodilk, tetapi, sebagai contoh, kotak yang terbuka hanya apabila memenuhi kunci – fragmen DNA khas. Molekul yang disimpan terlebih dahulu di dalam kotak tidak dapat berinteraksi dengan apa-apa sehingga kotak dibuka. Dalam kotak tersebut, anda boleh menyampaikan dadah ke sel sasaran dan tisu badan manusia tanpa pelepasan awal "bungkusan".

Artyom Kostyukevich


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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