Pull to refresh

Химики МГУ создали сверхбыстрый молекулярный двигатель

Reading time 2 min
Views 6.3K

Ученые МГУ вместе с коллегами из Дании разработали новый сверхбыстрый молекулярный двигатель. Основой для него послужил химический процесс, который происходит в белках живых клеток под действием света. 

Протекающие под действием света биохимические реакции – одни из самых быстрых и эффективных из известных в природе. К таким процессам относится фотоизомеризация – изменение геометрической структуры молекулы, происходящее при действии света. В белках фотоизомеризация происходит за сотни фемтосекунд, поэтому она считается сложнейшим для изучения процессом, рассказывают в МГУ. 

«В работе мы изучали фотоизомеризацию белка из семейства родопсинов, – рассказал аспирант химического факультета МГУ, соавтор исследования Павел Кусочек. – Родопсины находятся в наших зрительных клетках, в колбочках и палочках глаза. У бактерий они входят в состав клеточных мембран и выполняют разные функции, важнейшая из которых – перенос ионов через мембрану».

Процесс начинается с фотоизомеризации ретиналя – молекулы, входящей в состав активного центра родопсина. Рядом с ретиналем находятся заряженные остатки аминокислот, создающие его белковое окружение. Ученые попытались определить, как белковое окружение помогает фотоизомеризации ретиналя, и установили, что некоторые молекулы ретиналя после поглощения света не изомеризуются, а возвращаются в исходное состояние. Одной из причин этого феномена может быть разная геометрия активного центра родопсина — разное расположение ретиналя и расстояние до аминокислотных остатков.

«С помощью методов квантовой химии высокого уровня точности мы увидели, что молекулы с разными структурами активного центра реагировали на действие света по-разному, — рассказала Анастасия Боченкова, руководитель лаборатории квантовой фотодинамики кафедры физической химии химического факультета МГУ, соавтор работы. – Более скрученная структура ретиналя изомеризовалась эффективнее всего».

Химики МГУ совместно с датскими коллегами химически модифицировали ретиналь так, чтоб он смог в изолированном состоянии изомеризоваться так же быстро, как и в белковом окружении. Эта модификация обладает однонаправленным вращением при фотоизомеризации, поясняет студент химического факультета, соавтор исследования Адиль Кабылда, и поглощение последовательно двух фотонов заставляет молекулу очень быстро вращаться. 

Работа открывает путь к созданию нового класса сверхбыстрых молекулярных моторов – молекул, использующих энергию света для совершения механической работы на нанометровом масштабе.

Tags:
Hubs:
+5
Comments 9
Comments Comments 9

Other news