Внутри всех живых организмов, организмов людей, животных и других существ постоянно перемещаются молекулы всевозможных соединений, выполняющие различные биологические функции. Перемещение молекул является главным движущим механизмом всех известных форм жизни, при его помощи происходить снабжение клеток питательными веществами, энергией и прочими компонентами, необходимыми для их жизнедеятельности. И недавно ученым из Северо-Западного университета (Northwestern University) удалось сделать искусственный аналог механизма перемещения молекул. Созданный ими молекулярный насос — первый в мире искусственный биомеханизм, изготовленный при помощи химических и биохимических технологий, который в будущем может послужить для приведения в действие искусственных мускулов и других микроскопических молекулярных машин.
«Наш молекулярный насос является искусственным воплощением способа, которым в природе энергия передается от одной молекулы к другой» — рассказывает сэр Фрэзер Стоддарт (Sir Fraser Stoddart), ведущий исследователь.
В структуре молекулярного насоса использованы изготовленные в лаборатории маленькие молекулы органических соединений, которые максимально достоверно копируют действие белков, переносящих энергию в живых организмах. Источником энергии для этих молекул являются биохимические реакции, которые смещают молекулы целиком из состояния химического равновесия, переводя их из низкоэнергетического в высокоэнергетическое состояние.
Дополнительная химическая энергия, содержащаяся в молекуле, необходима для того, чтобы заставить работать этот молекулярный механизм. Основу этого механизма составляют кольцевые молекулы, которые отталкиваются друг от друга, подобно одинаковым полюсам магнитов. «Молекулярный насос способен передать часть своей энергии, которая переходит во время химической реакции к другой молекуле-владельцу. Этот процесс сопровождается изменениями структуры молекулярного насоса, кольца которого раздвигаются, подобно тому, как распрямляется сжатая пружина».
Молекулярный насос состоит из прямой цепочки, оси, на которую нанизанные кольцевые молекулы. Поглощаемая в момент синтеза молекулы энергия служит для сближения колец на оси, т.е. для сжатия пружины. Те молекулы насосов, которые удалось синтезировать ученым, содержат по два кольца на оси и способны сохранить не очень большое количество энергии. Но исследователи уверены в том, что в скором времени им удастся синтезировать молекулы, на оси которых будут располагаться десятки колец и которые могут аккумулировать достаточно значительное количество энергии.
«По сравнению с тем, что есть внутри живых организмов, наша технология достаточно примитивна. И она потребует некоторой доработки до того момента, когда при ее помощи можно будет приводить в действие искусственные мускулы и другие молекулярные механизмы» — рассказывает Пол Р. Макгонигэл (Paul R. McGonigal), один из ученых, принимавших участие в данных исследованиях, — «Тем не менее — это большой шаг вперед, который сможет обеспечить работоспособность синтетических биомеханизмов и даже синтетических форм жизни».
