murr Schunk

Elektřinu mohou vést i proteiny

Při posouvání hranic objevů jsou vědci občas překvapeni z úplně nepředvídatelného výsledku. To je i případ výzkumného týmu, který narazil na laboratorní výsledky, jež odporovaly dosavadním vědeckým zkušenostem: že bílkoviny by mohly vést elektřinu podobně jako kov.

 
Profesor a biofyzik Arizonské státní univerzity (ASU) Stuart Lindsay, který se zaměřuje na budování nových mikroskopů, se zabýval myšlenkou výzkumu úplných proteinů. O stavebních blocích každé buňky, bílkovinách, se myslelo, že se chovají elektricky jako inertní organické kousky a z elektronického hlediska se předpokládalo, že fungují jako izolátory. Před časem ale jeden z jeho postgraduálních studentů, Yanan Zhao, propojil bílkovinou dvě elektrody, vyvolal napětí - a protein začal fungovat jako kov. Poté, co se tyto stěží uvěřitelné výsledky vědci snažili vyvrátit, zveřejnil Lindsayův výzkumný tým své nové poznatky v online vydání Institute of Physics journal Nano Futures.
První pozoruhodné výsledky byly získány technologií skenovací tunelovací mikroskopie (STM). V experimentu byl použit bílkovinný protein integrin, jenž napomáhá, aby se buňky držely pohromadě a shromáždily se do formy tkáně a orgánů. Z koncové špičky STM byla elektroda připojená k malé molekule, nazývané ligand, která se specificky váže na integrin. STM má pákové rameno a sondu podobně jako jehla na gramofonu, čímž přivede ligand do kontaktu s jeho integrinovým cílem. „To, co jsem viděl, byly obrovské pulzy proudu, i když sonda byla ve velké vzdálenosti," řekl Lindsay s tím, že tato mezera byla příliš velká pro to, aby elektřina mohla protékat elektronickým přeskakováním nebo tunelováním, a bylo třeba najít jiné vysvětlení.
Lindsay si připomenul práci teoretického biofyzika Gabora Vattayho z katedry fyziky komplexních systémů na budapešťské univerzitě Eötvös Loránd, který obsahoval pohled kvantové mechaniky. Ukázalo se, že rozestupy energetické úrovně v kvantovém systému signalizují, zda je systém vodičem nebo izolátorem. Mezi stavem vodivostí a izolací je specifická signatura a Gabor Vattay zjistil tento kritický bod u řady bílkovin. Výjimkou bylo pavoučí hedvábí, které je čistě strukturálním proteinem.
„Teorie naznačuje, že elektrická fluktuace může spustit bílkovinu jako vodič nebo izolátor. V našich experimentech jsme viděli toto podivné chování v obrovském proteinu, který vede elektřinu, ale nebylo to statické, nýbrž dynamická věc," konstatoval Lindsay s tím, že elektronické hroty se vyskytovaly s rostoucí frekvencí. Když vědci zvýšili napětí napříč proteiny, zjistili, že existuje prahová hodnota pro překročení. K analýze museli použít některé z evropských superpočítačů a zjistili, že existují tři křivky rozdělení energetických vzdáleností: jedna odpovídá kovovému stavu, druhá stavu izolátoru a třetí kritickému kvantovému stavu.
Tým byl nyní schopen vyrobit nanopřístroj pro jemnější řízení další série experimentů, což je výrazná změna oproti předchozím experimentům, kdy přesně nevěděli, co se děje na špičce STM.
Mění se tak i způsob, jakým vědci sledují elektrické vlastnosti bílkovin - někteří podle Lindsaye začínají uvažovat o bílkovinách jako o kvantových mechanických objektech. Lindsay chce prozkoumat jiné lékařsky důležité proteiny a měřit jejich chování pomocí přesných nanopřístrojů, a zjistit, zda by se mohly proteiny důležité pro zdraví a nemoci chovat jako kovy nebo izolátory.
 
Publikováno: 2. 2. 2018 | Počet zobrazení: 931 článek mě zaujal 177
Zaujal Vás tento článek?
Ano