Разнообразие полезностей, найдешь, что ищешь: Авто, Мото, Видео приколы, Креативно, Архитектура, Интерьер, Посмеемся, Невероятное, Интересное, Технологии, Разности всякие
Авторизация
Логин:   Пароль: 


Поиск по сайту


расширенный
Он зеленый и светится
29-06-2009, 14:46, hirenpan74 в Интересное, Просмотров: 1594
Молекулы и атомы. Светящиеся одежда на солнечной энергии. 
Он зеленый и светится, Молекулы и атомы, Светящиеся одежда на солнечной энергии, Свечение в живой природе
Нобелевскую премию по химии присудили за переворот в молекулярной биологии. В последние годы границы между многими науками становятся все более и более размытыми. Зачастую уже невозможно понять, где кончается, например, биология и начинается физика или химия. Такая тенденция нашла свое отражение и в том, как происходит выбор нобелевских лауреатов. В 2008 году награду по химии присудили исследователям, которых скорее можно назвать молекулярными биологами.
Нобелевскую премию поделили между собой три американца, которые занимались изучением одного белка. Он известен в научном мире под названием GFP, от английского green fluorescence protein, или зеленый флуоресцентный белок. Чем же так замечателен этот GFP, и почему его выделяют из сотен тысяч других белков?

Что первое приходит вам в голову, когда вы думаете о море? Волны, соль, водоросли, рыбы и, конечно, медузы. Этих полупрозрачных существ, которые более чем на 90 процентов состоят из воды, можно встретить в морях практически на всех широтах. Разноцветные зонтики парят в воде, а некоторые даже светятся. Именно такие светящиеся медузы вида Aequorea victoria в 1960-е годы привлекли внимание группы биологов под руководством японца Осамы Симомуры (Osamu Shimomura).
Исследователи выделили из тела медузы несколько белков, одним из которых был GFP. Сам по себе этот белок не светится, однако если направить на него излучение определенной длины волны, он начинает мерцать зеленым цветом. Это явление получило название флуоресценции. Чтобы понять его причины, необходимо обратиться к атомам, молекулам и фотонам.
Свет представляет собой поток элементарных частиц – квантов света, или фотонов – обладающих определенной энергией. Если говорить о видимом свете, то количество энергии, переносимое фотонами, можно определить по цвету излучения. Например, фиолетовый свет состоит из высокоэнергетичных фотонов, а красный – из фотонов с низкой энергией. Немного усложним ситуацию и вспомним, что для фотонов характерен корпускулярно-волновой дуализм. То есть, фотон демонстрирует как свойства частицы, так и свойства волны. Короткая длина волны соответствует фотонам с высокой энергией, а длинная – с низкой.
Вернемся к флуоресценции. Теперь мы можем на молекулярном уровне описать, как возникает это явление. Итак, на флуоресцентную молекулу попадает квант света. Если он несет "нужное" количество энергии, то молекула переходит в так называемое возбужденное состояние. Это необычное состояние, и молекула может пребывать в нем очень недолго. Чтобы вернуться к "нормальной жизни", молекуле необходимо избавиться от излишка энергии, которую ей передал фотон. Существует несколько способов сделать это, один из которых – излучение кванта света. Испускаемый молекулой квант всегда несет меньше энергии, чем поглощенный, так как разница "уходит" на перевод молекулы в возбужденное состояние.

Если использовать терминологию длин волн, то флуоресцентная молекула всегда испускает более длинноволновый свет, чем поглощает. На иллюстрации справа показано, как соотносятся семь цветов радуги и длины волн видимого света.
Возникает вопрос, как именно сложное явление флуоресценции может пригодиться в молекулярной и клеточной биологии? Чтобы ответить на него, необходимо вспомнить, что все внутриклеточные структуры являются очень маленькими (длина средней животной клетки не превышает 30 микрометров, или 0,00003 метра), поэтому разглядеть каждую из них в отдельности внутри клетки не представляется возможным. Можно, конечно, каким-нибудь специфическим образом покрасить интересующие структуры, а потом рассмотреть под микроскопом. Но что делать в том случае, если необходимо проследить за динамикой отдельного элемента в живой клетке? Или увидеть, синтезируется ли в клетках определенный белок, и если да, то когда и где?
Как было бы удобно иметь некую молекулу, которую можно присоединить к интересующей внутриклеточной структуре, а потом наблюдать именно за ней, используя, скажем, микроскоп с определенной длиной волны. А еще лучше, если бы клетка сама могла синтезировать эту молекулу. Как наверняка заметил внимательный читатель, зеленый флуоресцентный белок медузы A. victoria идеально удовлетворяет этим требованиям.
Раствор GFP при обычном освещении тускло флуоресцирует, но если посветить на него светом с длиной волны 488 нанометров (синий свет), то молекула белка ярко "вспыхивает" зеленым (длина волны 509 нанометров). И если с помощью GFP пометить, например, какой-нибудь белок, то при облучении клетки синим светом этот белок будет хорошо заметен на фоне остальных структур, которые останутся тусклыми.

Возможности, которые выделенный Симомурой и коллегами GFP открывает для биологии, первым осознал американец Дуглас Прашер (Douglas Prasher), который в 1992 году клонировал зеленый флуоресцентный белок и определил нуклеотидную последовательность кодирующего его гена. На дальнейшие исследования GFP Прашеру (как это часто бывает в науке) не удалось получить денег, и эстафету принял другой американец Мартин Чалфи (Martin Chalfie). Он занимался изучением крошечного червяка Caenorabditis elegans и впервые услышал о GFP на конференции. Чалфи связался с Прашером и получил от него необходимую информацию и материалы. Вскоре его студентке Гие Эуширкен (Ghia Euschirken) удалось экспрессировать белок в клетках бактерии Escherichia coli. То есть, с гена, кодирующего GFP, в бактериальных клетках считывалась информация и синтезировался готовый белок, который флуоресцировал при облучении клеток синим светом.
О своих результатах Чалфи доложил в журнал Science в 1994 году. Имея копию этой статьи, любой исследователь мог получить необходимое ему количество GFP. Очень скоро Чалфи показал, как можно использовать зеленый флуоресцентный белок в исследовательской работе: он "покрасил" шесть отдельных клеток C. elegans.
Он зеленый и светится, Молекулы и атомы, Светящиеся одежда на солнечной энергии, Свечение в живой природе

Колонии бактерий E. coli, которые экспрессируют производные GFP, флуоресцирующие на разных длинах волн. Фото с сайта лаборатории Тсиена.[/center]

Через два года была получена кристаллическая структура белка. То есть, ученые увидели, как организованы в пространстве все атомы GFP. Особенно исследователей интересовал хромофор – та часть молекулы GFP, которая "отвечает" за флуоресценцию. "Ключевое место" GFP выглядит как цилиндр или бочка, стенки которой образованы цепочками аминокислот. Такая структура получила название бета-баррель (от английского barrel - бочка).

Информация о строении хромофора GFP позволила ученым понять все детали процесса флуоресценции. А это, в свою очередь, дало возможность направленно изменять структуру белка для того, чтобы сделать его более стабильным, а флуоресценцию – более яркой. Кроме того, ученые научились получать молекулы, флуоресцирующие другим цветом.
Первым, кому удалось подробно описать механизм флуоресценции и значительно улучшить характеристики GFP, стал Роджер Тсиен (Roger Tsien), американец китайского происхождения. Он сумел сделать GFP более устойчивым (при воздействии света флуоресцентные белки постепенно "портятся" и флуоресценция гаснет) и получить "зеленые" флуоресцентные белки других цветов.
Получение самого GFP и его производных позволило создать множество молекулярно-биологических методов, с помощью которых можно одновременно следить за несколькими процессами, происходящими в живых клетках. Последовательность ДНК, кодирующую GFP, можно "добавлять" к геному клетки саму по себе или присоединять к генам других белков. В последнем случае, если правильно подобрать все параметры, можно получить нормально работающий белок с флуоресцентным "хвостиком". Наблюдая где, когда и как быстро появляется зеленая метка, можно многое узнать о работе белка.
Ложка дегтя
Как это часто бывает, не все согласны с решением Нобелевского комитета. Например, заведующий лабораторией структуры и функции генов человека Института биоорганической химии РАН, академик РАН Евгений Свердлов считает, что по своему масштабу получение GFP "не тянет" на Нобелевскую премию. В интервью РИА Новости ученый заявил, что эти работы не внесли "революционных изменений в биологические исследования". В качестве примеров более "достойных" открытий, по его словам, можно привести изобретение полимеразной цепной реакции. Можно также упомянуть открытие РНК-интерференции или структуры ДНК.
Кроме сомнений в "соответствии" GFP нобелевским стандартам, можно не согласиться с выбором лауреатов. Помимо Симомуры, Чалфи и Тсиена немалый вклад в создание и развитие флуоресцентных белков внес российский исследователь, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией молекулярных технологий для биологии и медицины Института биоорганической химии РАН Сергей Лукьянов. В его лаборатории флуоресцентные белки впервые были выделены из кораллов, которые не обладают естественной биолюминесценцией. Впоследствии белки, подобные GFP, были обнаружены во многих организмах, которые в природе "не светятся". Кроме того, Лукьянов и его коллеги создали целый ряд стабильных белков, флуоресцирующих различными цветами.
Но как бы то ни было, лауреаты объявлены, и Нобелевская премия по химии присуждена. Когда автор уже дописывал эту статью, агентство AFP сообщило, что один из лауреатов, Осаму Симомура, заявил, что не считает себя химиком и был очень удивлен, когда узнал о решении комитета. Скорее, он рассчитывал на награду в номинации "физиология и медицина". Этот факт очередной раз подчеркивает, как сложно стало разграничить науки друг от друга. Но с другой стороны, это означает, что с помощью физических методов можно изучать химические процессы, а сама физика помогает в изучении биологии. Другими словами, мы постепенно приближаемся к единой науке, которая объясняет все явления природы, не разделяя их на классы.
Ирина Якутенко

Свечение в живой природе. Почему светятся мачты. Светящаяся силиконовая медуза. 
Читайте так же:
 Необычные члены фото
 Коаксиальная акустика
 Как растворить соль
 Как сделать член длиннее
 Радуга что это
 В каких областях присуждается нобелевская премия
 Улучшение звучания акустики
 Получение электрического тока
 Волновой процесс это
 Если укусила медуза что делать

Статьи раздела Интересное

Химики впервые синтезировали жидкий белок

Химики впервые синтезировали жидкий белокХимикам впервые удалось синтезировать жидкий белок при температуре всего 30 градусов по Цельсию на основе ферритина - белка, в котором запасается железо в организме животных и человека. Статья исследователей появилась в журнале Angewandte Chemie, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Бристольского университета.

"Тайнопись" ДНК.

"Тайнопись" ДНК.Британские и канадские ученые составили словарь "тайнописи", скрытой в коде ДНК. Она позволяет с помощью одного и того же гена получать "инструкции" для синтеза в клетках разных белков, пишет журнал Nature.

Что такое свет?

Что такое свет? Свет — форма энергии, которую мы можем видеть. Свет излучают некоторые предметы, такие, как звезды, электрические лампы и некоторые химические вещества. Однако большинство предметов не светится, и мы видим их только потому, что они отражают чужой свет.

Не за горами тот день, когда люди смогут творить жизнь из неживого..

Не за горами тот день, когда люди смогут творить жизнь из неживого..Недавно группе американских молекулярных биологов удалось создать искусственные белки, которые после внедрения в клетку начали работать. Причем они были созданы на основе ДНК, выдуманной самими учеными, то есть не имеющей природных аналогов. Видимо, уже не за горами тот день, когда люди смогут сами творить жизнь из неживой материи.

Что такое биология?

Что такое биология? Биология — это наука, изучающая живые организмы и взаимодействие между ними. Область биологии, которая занимается изучением растений, — ботаника. Животных изучает зоология.
 (голосов: 0)
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
Объявления
последние новости

Природа умеет заставить нас понять, насколько мы малы по сравнению со всем окружающим нас миром. Чем лучше мы присматриваемся, тем очевиднее становится то, что некоторые научные принципы, которые мы принимаем как должное, могут срабатывать в поразительно странных формах.
Топ-10 Поразительных природных феноменов, запечатлённых на плёнку


Эта солнечная электрическая генерирующая система Айванпа (Ivanpah) находится в пустыне Мохаве в Калифорнии (штат Невада), недалеко от городка Примм.
Крупнейшая в мире солнечная электростанция Айванпа (10 фото)


Северная Корея создала беспилотник на базе американской мишени

Северная Корея разработала собственный беспилотный летательный аппарат, взяв за основу американскую воздушную мишень MQM-107 Streaker. Об этом сообщает портал The Washington Free Beacon со ссылкой на доклад Пентагона, представленный Конгрессу США. Впервые новый беспилотник был замечен в марте 2013 года; его фотографии также появились в северокорейской прессе, которая описывала аппарат как ударный, способный с высокой точностью поражать цели.


Редкие кадры московского метрополитена 1935 года.
Станция метро «Сокольники», проход к поездам.
Московское метро 80 лет назад


Бразилия получила первые бронетранспортеры Guarani

Сухопутные войска Бразилии получили первую партию из 13 новых бронетранспортеров Guarani, сообщает Defense Aerospace. Бронемашины вошли в состав 33-го мотопехотного батальона в Каскавеле штата Парана. Как ожидается, до конца текущего года бразильским военным будут переданы еще 86 новых бронетранспортеров. В перспективе Guarani заменят бронированные машины семейств Cascavel и Urutu.


На протяжении всей истории мы слагали мифологические рассказы и наделяли магическими способностями практически всё, что находится под Солнцем. Тем не менее, деревья, пожалуй, являются одними из наиболее логичных кандидатов для приписывания подобных качеств.
Топ-10 Удивительных легенд о мифологических деревьях


Преодоление привычки курения может казаться сложной и даже невыполнимой задачей. Тем не менее, есть те, кто с успехом отказываются от того, что многие считают самой сложной для бросания вредной привычкой.
25 Советов, которые помогут вам бросить курить


Ученые определили «правила сложения» мимических реакций

Ученые из университета Огайо обнаружили, что базовые мимические реакции человека могут комбинироваться, причем это комбинирование происходит практически идентично у разных людей и поэтому может быть распознано компьютером. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, кратко о нем пишет New Scientist.

популярное
друзья и партнеры
Все права защищены! Копирование материалов сайта без указания активной гиперссылки строго запрещено!
Дизайн сайта Sedge.ru™ studio
sedge.ru
Sedge.ru © 2011-2013
Связаться с нами
Правила портала