Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Конденсация в клетке.
Так светится светлячок.

Нанозаводик в каждом из нас

Ключевые слова:  биосовместимость, клетки, наноструктура, периодика

Автор(ы): В.Уточникова

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

28 января 2010

Клетки - строительный материал любого живого организма - состоит из множества нанометровых компонентов с различными специальными функциями. Например, 5-6 нанометровая клеточная мембрана защищает клетку от окружающей среды, молекула ДНК 2 нанометровой толщины несет генетическую информацию и т.д. Нанообъекты размером от нескольких нанометров до нескольких сотен нанометров осуществляют разнообразные клеточные функции, что позволяет назвать клетку биомашиной микронного размера, самоуправляемой и саморегулируемой, и осуществляющей огромное число химических процессов [1]. С этой точки зрения заманчивым бало бы создать наноструктуры, которые могли бы взаимодействовать с нанообъектами в клетках, отслеживать и регулировать их. Возможность контролировать один из процессов синтеза внутри клетки уже была продемонстрирована ранее [2].

В последнее время, благодаря быстрому развитию нанотехнологий, был достигнут значительный прогресс в этой области. Например, присоединяя к квантовым точкам антитела, можно получить синтетические нанообъекты для наблюдения за клетками [3]. Но несмотря на успех в создании наноструктур и пришиванию их ковалентными связями к клеточной поверхности, у биологов и медиков остается задача, как заставить синтетические нанообъекты взаимодействовать с клеточной машиной [4].
Есть несколько путей, которыми наноматериал попадает в клетку. Основная проблема в каждом из них - это необходимость преодолеть клеточную мембрану, поэтому необходимо создавать небольшие молекулы, которые легко смогут пройти через нее, и строить из них наноструктуру внутри клетки. Однако большинство процессов, которые можно использовать для образования таких ковалетных связей, протекают в неводной и даже в нефизиологической среде, что несовместимо с клеточной средой. Таким образом, можно выделить следующие требования к подобным реакциям:
  • биосовместимость - необходимо свести к минимуму число реакций с компонентами клетки,
  • эффективность - реакция должна протекать с разумной скоростью даже при низкой концентрации реагента,
  • локальность - реакция должна протекать только внутри клетки или даже только в одном специфическом месте клетки, и, наконец,
  • возможность точного контролья - реакция должна протекать только тогда, когда требуется.

Лучше всего такие реакции проводит Природа. Например, светлячки производят люциферин - небольшие молекулы, отвечающие за их желто-зеленое свечение, - в ходе конденсации 2-цианобензотиазола (ЦБТ) с 1,2-аминтиолом в D-цистеине [5]. Вдохновленные этим, ученые создали ряд прекурсоров, например, как 1 на Рис. 1, в которых ЦБТ присоединен к защищенной 1,2-аминтиольно группе небольшим спейсером (например, одиночная молекула амина). Прекурсор 1 имеет небольшой молекулярный вес, растворим в воде и может преодолеть клеточную мембрану. Защитная группа создана так, что через час после попадания в клеточную мембрану она удаляется либо в ходе восстановления, либо в ходе гидролиза. В результате образуется свободный 1,2-аминотиол (2), который затем претерпевает самоконденсацию с образованием димера (3) и олигомеров (4), которые, в свою очередь, могут собираться в наноструктуры. Кроме довольно высокой константы скорости [6], что редкость для биосовместимых реакций, одной из заметных особенностей этой реакции является то, что она контролируется молекулами, уже существующими внутри клетки в ходе специфического восстановления и/или ферментативного расщепления.
Изучая различные мономеры, ученые показали, что конденсация контролируемо протекает в водной среде. Форму, размер и собственно собирающуюся наноструктуру можно контролировать, изменяя структуру исходного мономера. На следующем этапе они получили мономер, снятие защиты в котором происходит внутри клетки, и успешно провели внутриклеточную реакцию конденсации. Присоединенный к прекурсорам биотиновый хвостик позволил отслеживать образование продукта с помощью флуоресценции. Когда под действием фермента фуринпротеазы отщеплялись защитные группы, продукт собирался около зоны Гольджи, где и располагается белок фурин. По изменению флуоресцентных свойств можно судить и о дальнейшей конденсации агрегата с образованием нерастворимых осадков. Это особенно ценно, поскольку специальный фермент может отследить расположение синтетической наноструктуры внутри клетки. Это может иметь множество практических применений, например, как уже было показано, для визуализации злокачественных опухолей и направленного переноса лекарственных средств. А именно, присоединяя лекарство от рака или визуализирующий материал, можно провести селективную конденсацию в опухолевых клетках.
Использование небольших молекул для строительства наноструктур внутри клеток может стать новым способом понимания и регулирования происходящих в клетках превращений, что раньше было затруднено из-за небольшого числа биосовместимых реакций.



Средний балл: 7.7 (голосов 6)

 


Комментарии
Журавлёв Борис Георгиевич, 01 февраля 2010 16:07 
В статье, довольно интересной, указаны в квадратных скобках, по-видимому, ссылки на некие статьи. Но где же их список?
А это то, что в конце со словами В статье использованы материалы: в порядке следования.
Прошу прощения, что не пронумеровано... В следующий раз будем списком давать.
Клюев Павел Геннадиевич, 01 февраля 2010 18:56 
никогда не видел как светится светлячок)))
Мне повезло, я видел
Валентина Владимировна,
Статья интересная, но , все-таки, хотелось бы пожелать исследователям следующее.
Читаем "...что позволяет назвать клетку биомашиной микронного размера.." Вы согласитесь, что назвать клетку биомашиной это значит продолжать ее изучать как машину, не более того. Приставка "био" не спасает положения. А далее машина, в попытках ее "оживления" или обиологизирования, нарекается "самоуправляемой" и "самоорганизующейся". Это метафоры! Покажите мне хоть одну машину , да, да, именно машину, самоуправляющуюся и самоорганизующуюся...
Я веду речь о том, что очень и очень часто неверная терминология закрывает дорогу к правильномй интерпретации полученных экспериментальных результатов. Перефразируя Конфунция скажу, что прорыв в науке , наверное,не возможен без исправления имен (терминов)


Исламов Ринат Алимжанович, 09 февраля 2010 20:24 
Наверное, автор хотел привлечь внимание участников проекта к биологии, и показать, что в Природе давно все есть. Нужно лишь тщательно изучить это, и попытаться искусственно воссоздать. Но сделал это в «популярной», простой форме.
Ринат Алимжанович,
Вот почему, Вы слово "Природа" написали с заглавной буквы? Для фундаментальной убедительности? Или, может быть, как приглашение участникам проекта задуматься над тем, чем же " на самом деле" определяется биосовместимость? Ну неужели, " сведением к минимуму числа реакций с компонентами клетки"? По-моему, это не столько "биосовместимость", а сколько "биоизолированность" вводимого в клетку нанообъекта.
Исламов Ринат Алимжанович, 10 февраля 2010 22:19 
В данном контексте слово «Природа» собирательное, все, что относится к окружающему нас, живому миру.
Касаясь биосовместимости. Наноматериал не должен влиять на определенные молекулярно-биологические процессы, исходя из проблемы безопасности. Например, активировать иммунокомпетентные клетки, действовать на генетический материал клетки и т.д. То есть в какой, то мере должен быть биоинертным. В тоже время, в случае необходимости, например для костных, сосудистых имплантатов, наноматериал должен обладать адгезирующими свойствами для того, чтобы к нему прикрепились клетки. В данном случае речь идет о биоактивности наноматериала.
По этому утверждение: «биосовместимость - необходимо свести к минимуму число реакций с компонентами клетки» не совсем верно. Так что биосовместимость наноматериалов больше относится к их безопасности.

Ринат Алимжинович,
Для меня слово "природа" имеет два значения. Одно ,как природа какого-либо явления, как совокупность причин и следствий, а другое, как некая внеположенная человеку данность.У умных древних греков "фюзис"-природа, "биос"-жизнь, "Нус"-Ум, "эко"-дом, полагались как-то раздельно. А попытки их объединения, совместного "схватывания" наверное и вынудили Аристотеля писать "Метафизику" и "Топику", как описание того, что , как - бы, за физикой и не есть "фюзис". Но , что-бы не погружаться глубоко в квазифилософию, мне очень хочется задать Вам вопрос, как био-химику," Какие , с Вашей точки зрения, выявлены принципиальные трудности в "делании", "конструировании" вирусов?
По-моему, ответ на этот вопрос как-то связан с биосовместимостью.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Фуллерит
Фуллерит

Разминочные викторины по предметам стартовали на Наноолимпиаде
ХIV Всероссийская олимпиада по нанотехнологиям началась. Мы открыли впервые за 13 лет отдельные тесты для школьников по основным предметным направлениям - химии, физике, математике, биологии. Это первые (новые) официальные конкурсы олимпиады, фактически, разминка, дальше будет больше и интереснее...

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»:Динамическое термоодеяло по мотивам кожи кальмара. Газоанализатор на висмутене. Фуллерены для Тиффани. Магнетизм доменной стенки в сегнетоэлектрике или магнитоэлектрическая “сказка наоборот”. 100-летний юбилей академика Исаака Марковича Халатникова. Нобелевская премия 2019.

"Новые нанотехнологии" для "Кванториума"
Новая образовательная программа по основам нанотехнологий разработана для детских технопарков «Кванториум»

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.