วิทยาศาสตร์

เครื่องโมเลกุลสร้างขึ้นในแมนเชสเตอร์

เครื่องโมเลกุลสร้างขึ้นในแมนเชสเตอร์

นักวิทยาศาสตร์หลายคนใช้โครงสร้างตามธรรมชาติเป็นตัวอย่างและพยายามสร้างขึ้นใหม่โดยใช้กลไกและในที่สุดก็นำไปใช้กับการผลิตทางอุตสาหกรรมการแพทย์การขนส่งและชีวิตประจำวันของเราเลย เดวิดลีห์, ศาสตราจารย์ใน โรงเรียนเคมี ที่ มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ แต่สิ่งที่พิเศษที่นี่คือเขาดำเนินโครงการในระดับโมเลกุล ตามกลไกการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ยูคาริโอตแต่ละเซลล์ศาสตราจารย์ ลีห์ และทีมของเขาประสบความสำเร็จในการสร้างเครื่องปรับขนาดนาโนที่ใช้โมเลกุลเป็นส่วนประกอบในการสร้างโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น อุปกรณ์มีความยาวรวมเพียงไม่กี่นาโนเมตรดังนั้นคุณจึงมองไม่เห็นด้วยตาที่ "ไม่มีอาวุธ" งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน“วิทยาศาสตร์”.

“ การพัฒนาเครื่องนี้ซึ่งใช้โมเลกุลในการสร้างโมเลกุลในกระบวนการสังเคราะห์นั้นคล้ายกับสายการประกอบหุ่นยนต์ในโรงงานผลิตรถยนต์ เครื่องจักรดังกล่าวสามารถนำไปสู่กระบวนการทำให้โมเลกุลมีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้นในท้ายที่สุด” ศาสตราจารย์ ลีห์ อธิบาย "สิ่งนี้จะเป็นประโยชน์ต่อพื้นที่การผลิตทุกประเภทเนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นจำนวนมากเริ่มต้นในระดับโมเลกุลตัวอย่างเช่นขณะนี้เรากำลังปรับเปลี่ยนเครื่องจักรของเราเพื่อผลิตยาเช่นเพนิซิลลิน"

โดยปกติข้อมูลสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนจะถูกเก็บไว้ภายใน ดีเอ็นเอ โมเลกุล ในการเริ่มต้นกระบวนการสร้างโมเลกุลโปรตีนที่เข้ารหัสข้อมูลภายใน ดีเอ็นเอ ถูกคัดลอกเมื่อ อาร์เอ็นเอ โมเลกุลซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวขนส่ง อาร์เอ็นเอ จากนั้นโมเลกุลจะถูกถ่ายโอนไปยังไรโบโซมซึ่งการสังเคราะห์โปรตีนจะเริ่มจากข้อมูลที่ส่งมา อาร์เอ็นเอ.

เครื่องโมเลกุลใช้ไรโบโซมเป็นตัวอย่าง แกนกลางเป็นแทร็กโมเลกุลที่มีส่วนประกอบของโครงสร้างอยู่ตามรางนั้น วงแหวนนาโนจะเคลื่อนที่ไปตามแกนและหยิบบล็อกเหล่านั้นจัดเรียงและเชื่อมเข้าด้วยกันเป็นลำดับเฉพาะเพื่อสร้างโมเลกุลที่ต้องการ

ในตอนแรกวงแหวนถูกชี้นำโดยไอออนทองแดง วงแหวนเคลื่อนไปตามแกนจนกระทั่งถึงกลุ่มขนาดใหญ่ หลังจากนั้น“แขนปฏิกิริยา” เริ่มดำเนินการในขณะที่มันแยกสินค้าจำนวนมากออกจากแทร็กและส่งต่อไปยังไซต์ต่างๆบนเครื่อง สิ่งนี้จะสร้างไซต์ที่ใช้งานอยู่บนแขนอีกครั้งซึ่งจะทำให้วงแหวนเคลื่อนที่ไปตามแกนจนกว่าจะถึงกลุ่มส่วนประกอบถัดไป บล็อกถัดไปจะถูกถ่ายโอนไปยังไซต์เดียวกันกับที่มีการเพิ่มบล็อกก่อนหน้านี้ดังนั้นการยืดโครงสร้างใหม่และสร้างโมเลกุลโพลีเมอร์ที่ใหญ่ขึ้น เมื่อถอดส่วนประกอบทั้งหมดออกจากแทร็กวงแหวนจะถูกถอดออกและสิ่งปลูกสร้างจะหยุดลง

[ที่มาของภาพ: มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์]

“ ไรโบโซมสามารถรวมตัวกันได้ 20 การสร้างบล็อกในวินาทีจนถึง 150 มีการเชื่อมโยง จนถึงตอนนี้เราใช้เพียงเครื่องของเราเพื่อเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน 4 บล็อกและใช้เวลา 12 ชั่วโมงในการเชื่อมต่อแต่ละบล็อก แต่คุณสามารถขนานกับกระบวนการประกอบได้อย่างหนาแน่น: เราใช้เงินล้านล้านล้าน1018) ของเครื่องจักรเหล่านี้ทำงานควบคู่กันในห้องปฏิบัติการเพื่อสร้างโมเลกุล” เดวิด ลีห์กล่าว “ ขั้นตอนต่อไปคือการเริ่มใช้เครื่องจักรเพื่อสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนโดยมีส่วนประกอบของโครงสร้างมากขึ้น ศักยภาพคือมันสามารถสร้างโมเลกุลที่ไม่เคยมีมาก่อน ไม่ได้สร้างขึ้นตามธรรมชาติและไม่สามารถสังเคราะห์ได้เนื่องจากกระบวนการที่ใช้ในปัจจุบัน นี่เป็นความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นมากสำหรับอนาคต”