Новые понятия, которые должен усвоить ребенок: ДНК, белок, генная инженерия, нанотехнологии (манипулирование веществом на уровне атомов и молекул)

Итак, как мы вам обещали, следующей достопримечательностью нашего путешествия будет… наш собственный организм! Ведь он тоже состоит из атомов и молекул, а значит, внутри нас также происходят различные нанопроцессы. Наннос очень переживает, что не все читатели смогут оценить по достоинству эти очень важные процессы наномира (потому что иногда даже взрослые их плохо понимают). А ведь именно эта достопримечательность лежит в основе появления на свет всех всех наноботиков. Так что постарайтесь читать эту главу очень внимательно, и если что-то непонятно, не бойтесь задавать вопросы Нанносу или взрослым.

Самый главный нанопроцесс в нашем организме – это биосинтез белкá. Первое, что приходит на ум при слове «белок» – это белок куриного яйца (его научное название – альбумин). Но белки спрятаны не только под яичной скорлупой! Наш собственный организм представляет собой целый завод, на котором постоянно трудится огромное число самых разнообразных белков.

Роль белков в организме чрезвычайно разнообразна. Например, белки-гормоны, участвуют в управлении всеми жизненными процессами организма. Без них человек не мог бы ни расти, ни размножаться. Мы обладаем зрением, благодаря особому глазному белку – родопсину. Мы способны двигаться, потому что наши мышцы сокращаются и расслабляются благодаря белкам миозину и актину. Наши волосы и ногти состоят из белка кератина. Белок гемоглобин разносит кислород от легких ко всем клеткам нашего организма. Без белка пепсина, содержащегося в желудочном соке, мы не смогли бы переваривать пищу, а белок интерферон помогает организму справляться с разными вредными вирусами и защищает нас от болезней и т. д.

Но если в организме существуют вещества, выполняющие такие разные функции, почему же все они называются белками? А все дело в том, что абсолютно все белки, несмотря на свои различия, состоят из одного и того же «строительного материала» – особых химических веществ – аминокислот.

Внешне молекула белка напоминает нитку, унизанную разноцветными бусинками, где роль бусинок выполняют молекулы аминокислот. Как правило, молекула белка состоит из 300–500 таких «бусинок», а количество существующих в природе аминокислот ограничено – всего 20 видов. Значит, молекула белка может состоять из бусин 20 разных цветов, и, нанизывая бусины на нитку в разных комбинациях, мы получим различные варианты белковых молекул.

Каким же образом белки образуются в нашем теле? В любом организме существует своеобразная фабрика по производству (синтезу) белков, которая носит название рибосома. Работа рибосомы очень напоминает работу обычной фабрики, например, по производству автомобилей. В обычном мире, как известно, автомобиль строится не абы-как – с бухты-барахты – а строго по определенному чертежу. В наномире при синтезе белковой молекулы происходит абсолютно то же самое.

«Чертежи», необходимые для построения всех белков организма, хранятся в особой «библиотеке», роль которой выполняет молекула ДНК. Каждый «чертеж» в молекуле ДНК, соответствует конкретному белку и называется геном, а вся информация, содержащаяся в ДНК – генетической.

Но «библиотека» – это еще не «сборочный цех». Поэтому прежде, чем построить какой-нибудь белок, необходимо точно «скопировать» его «чертеж» из ДНК и доставить его на место сборки. Такое копирование и перенос осуществляет молекула информационной РНК (и-РНК), на которой специальным образом закодирована вся последовательность аминокислот для каждой белковой молекулы

Рис 1. Схема биосинтеза белка

Итак, молекула и-РНК с записанной на нее информацией направляется к рибосоме. Туда же направляется поток материала, из которого строится белок – молекулы аминокислоты. Аминокислоты попадают в рибосому не самостоятельно, а с помощью подвижных транспортных РНК (т-РНК). Эти молекулы умеют «распознавать» среди всего многообразия аминокислот только «свою» аминокислоту, присоединять её к себе и подтаскивать к рибосоме.

Рибосома медленно ползет по ленте и-РНК и, шаг за шагом, считывает с нее «код» следующей «бусины» в молекуле белка. Считав очередной «код», рибосома ждет, когда к ней «подъедет» т-РНК с необходимой аминокислотой. Если подъехавшая т-РНК «привезла» бусину неподходящего «цвета», ничего не происходит и т-РНК с прицепленной аминокислотой покидает рибосому, а к рибосоме «подъезжает» следующая т-РНК. И только в том случае, если считанный код совпал с подъехавшей «бусиной», аминокислота отделяется от т-РНК и присоединяется к строящейся цепочке белковой молекулы.

Свободная т-РНК затем выбрасывается из рибосомы в окружающую среду. Здесь она захватывает новую молекулу аминокислоты и весь процесс повторяется снова. Напоминаем, что без этого нанопроцесса жизнь на Земле была бы невозможна, что еще раз подтверждает огромное значение законов наномира в нашей жизни!

Механизм работы рибосомы – это процесс производства конечной «нанопродукции» (белковой молекулы) из первоначального «наносырья» – атомов и молекул, причем процесс не беспорядочный, а по строго заданной программе, или рецепту.

Мы в своем «большом» мире (макромире) тоже производим автомобили, компьютеры, одежду, книги из исходного материала – железа, ткани, древесины и т.д. а методы для производства вещей с наперед заданной структурой называем технологией.

Мы убедились, что эти методы имеют много общего, и отличаются только лишь видом исходного «сырья»: на обычной фабрике – это какое-то вещество в большом объеме, а в наномире сырье – это атомы и молекулы. Поэтому методы манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровнях с целью производства конечных продуктов с наперед заданной атомной структурой называется нанотехнологиями. А наномир, по которому мы с вами путешествуем, можно также назвать миром нанотехнологий.

Человек часто копирует то, что до него создала природа (Как вы думаете, что появилось раньше – птица или самолет?) После того, как были хорошо изучены основные этапы биосинтеза белка, генные инженеры (ученые, которые занимаются изучением генетических механизмов ДНК) ученые задумались о том, каким образом можно попробовать создать устройства нанометрового размера, которые работали бы аналогично рибосомам в человеческом организме.

Автор: Мария Рыбалкина