Большой шаг для нанотехнологий: ученые вплотную приблизились к тому, чтобы механически контролировать химические реакции.

Почти все химические реакции, протекающие в живых организмах, находятся под контролем ферментов, белковых молекул, которые выступают в роли эффективнейших катализаторов. Они стимулируют сближение молекул реагентов под нужным углом и в нужных сочетаниях, переносят на них электроны и так далее. Без этой помощи многие реакции в клетке протекали бы на много порядков медленней, а то и вовсе бы не протекали.

Именно над тем, как бы «ухватить» молекулы реагенты и сблизить их в нужной комбинации, задумались ученые, работающие под руководством профессора Джованни Зоччи (Giovanni Zocchi). «Вместо того, чтобы просто наблюдать за тем, что делают молекулы, — говорит он, — мы можем механически на них воздействовать».

Для этого ученые создали не совсем обычный комплекс, химически присоединив к белку «пружину» из спирали ДНК. ДНК механически воздействовала на структуру той или иной части белка. Таким путем ученые смогли включать или выключать работу фермента, контролируя ход катализируемой им реакции. А с помощью пары других «пружин» ДНК — действовать еще точнее, специфически контролируя тот или иной шаг реакции.

На основе этой работы Зоччи и его коллеги предложили решение одной интересной физической проблемы. В упрощенном виде она известна каждому: если попытаться воткнуть в землю разветвленную или прямую палку, прикладывая к ней вертикально направленное усилие, она остается прямой, пока не будет достигнута некоторая критическая величина этого усилия. Но после достижения этой величины, палка сгибается не понемногу, а резко и сильно.

«Это явление известно любому ребенку, — добавляет Зоччи, — который когда-нибудь сгибал лук, натягивая на него тетиву. Сперва требуется значительное усилие, чтобы согнуть его, но после того удержать его в согнутом виде намного легче».

Те самые короткие «пружинки» ДНК, которые использовали Зоччи с коллегами, представляют собой такие же эластичные структуры, энергию деформации которых ученые решили исследовать. При этом они обнаружили, что при изменении структуры ДНК в ходе сгибания имеется точка бифуркации, до достижения которой она изгибается плавно, а после — с образованием резкого перегиба. По разные стороны этой точки приложенная энергия заставляет систему (палку, лук или нить ДНК) вести себя совершенно по‑разному.

Немного подробнее о бифуркациях и их интересных приложениях читайте в статье, посвященной фракталам: «Красота повтора».

По пресс-релизу UCLA