תרכובת ד.נ.א. דו-רגלית הנעה באופן עצמאי

המערכת, המציינת שלב מתקדם נוסף לעבר מערכות מולקולאריות סינתטיות נעות מורכבות יותר, מתוארת בגיליון האחרון של כתב-העת המדעי Science

המחשה של המערכת
המחשה של המערכת

כימאים מאוניברסיטת ניו-יורק ומאוניברסיטת הרווארד הכינו תרכובת ד.נ.א. דו-רגלית, עצמאית, המסוגלת לחקות מערכת הובלה תאית. המערכת, המציינת שלב מתקדם נוסף לעבר מערכות מולקולאריות סינתטיות נעות מורכבות יותר, מתוארת בגיליון האחרון של כתב-העת המדעי Science.

שניים ממרכיביהם הבסיסיים ביותר של אבני הבניין של החיים הינם ד.נ.א. – הצופן את ההוראות להכנת חלבונים, וחלבונים נעים, כגון קינזין (kinesin) – שהינם חלק ממערכת ההובלה של התא. בטבע, גדילים יחידים של ד.נ.א. – שכל אחד מהם מכיל ארבע פרודות (או בסיסים), המחוברות לשלד משותף – מתגודדים באופן עצמאי ליצירת סליל כפול כאשר הבסיסים שלהם נקשרים בהתאמה זה לזה. קינזין הינה פרודה נעה הנושאת עליה "מטענים" מסוגים שונים מאתר אחד בתא למשנהו. מדענים ניסו לחקות יכולת זו ע"י בניית מערכות ד.נ.א. נעות.
גרסאות מוקדמות יותר של פרודות כאלו, הנעות לאורכו של גדיל ד.נ.א., לא פעלו באופן עצמאי, כך שנדרשה התערבות חיצונית בכל שלב ושלב. האתגר העיקרי מולו עמדו מערכות אלו היה התיאום של תנועת "רגלי"-התרכובות הללו כך שהן תוכלנה לנוע באופן מותאם מבלי "ליפול" מהמסלול.
לשם קבלת תנועה עצמאית, החוקרים מאוניברסיטאות NYU והרווארד השתמשו בשני גדילי "דלק" של ד.נ.א. גדילי-דלק אלו דוחפים את הפרודה (בכחול) לאורך הד.נ.א. ובכך מאפשרים לגדילי הדלק לשמש כיחידה קטליטית.
התנועה קדימה של המערכת מקורה בעובדה כי ככל שמתקדמים כך נוצרים יותר זוגות בסיסים – תהליך המפיק את האנרגיה הדרושה לתנועה עצמה. במהלך תנועתה של הפרודה לאורך הד.נ.א. היא יוצרת זוגות בסיסים. בו-זמנית, גדילי הדלק מניעים אותה קדימה ע"י קישורם למסלול ובהמשך שחרור רגלי הפרודה ממנו, כך שהפרודה כאילו צועדת לה, פסיעה אחר פסיעה לאורך מסלול של כחמישים ננומטרים.

הידיעה מהאוניברסיטה
סרטון הדגמה

8 תגובות

  1. רדוקציה זה דרך הסתכלות שהופכת את הדברים ליותר מדעיים וברורים ופחות רוחניים ופילוסופיים. לדוגמה לעשות רדוקציה לנפש האדם זה אומר להסתכל על הנפש בתור בסך הכל משהו חומרי בלבד שמוסבר ע" מנגנונים ביולוגים כימיים ופיזיקליים מובנים.

  2. רדוקציה היא המרה חד חד ערכית של בעיה A לבעיה B.
    כך, אם נמצא פתרון לבעיה B, נוכל למצוא פתרון לבעיה A.
    לדוגמא, כדי לפתוראת "בעיית השחמט", כל שעלינו לעשות הוא לפתור בעיית מצבים של גרף עם 64 קודקודים המייצגים משבצות, קשתות המייצגות מעבר ממשבצת למשבצת, תוך הגבלות של טבלת מצבים, המייצגת את תנועת הכלים.

    זאת ממדעי המחשב, אך הרעיון ברדוקציה זהה גם בתחומים אחרים.

  3. רדוקציה במובן המוזכר אצל "נקודה" הוא לא המובן המילוני הפשוט. הכוונה היא לכך שבתהליך פישוט המערכת המורכבת, יש מעבר "פאזה" בין תחומים שניתפסים מסורתית כנפרדים. דוגמה בולטת היא המעבר מביולוגי (או חי) לכימי. זה מתקשר כמובן לשאלות כבדות משקל כמו הגדרת חיים, הגדרת מוח מול מחשב, הכרה מול חישוביות ועוד המון דברים.
    רדוקציוניזם הוא גם מושג חשוב בפילוסופיה ובפילוסופיה של המדע.

  4. ע"פ בבילון: reduction=הקטנה, הפחתה, צמצום
    מילה הקרובה ל-Reduce=צימצום הפחתה.
    ניתן לומר שרדוקציה היא פישוט הבעיה באמצעות
    צימצום מספר הגורמים אותם בוחנים במחקר.

  5. האם יהיה נכון לומר שרדוקציה היא פישוט של בעייה מורכבת? או פירוק של בעייה מורכבת לאוסף של בעיות פשוטות ומובנות יותר?

  6. מישהו יכול בבקשה להסביר לי בעברית פשוטה את המשמעות של המילה "רדוקציה" ?

    תודה.

  7. נפלא! ננו-טכנולוגיה במיטבה.

    נקודה,

    אנחנו מבינים את החוקיות הכימית שמאחורי רבים מהמנגנונים. קרוב לוודאי שיש עוד רבים אחרים שלא פענחנו עד הסוף, אבל מעבדות לביולוגיה ממשיכות לחקור בנושא במלוא המרץ.

    בסופו של דבר, גם לחיים נעשה רדוקציה מלאה (ולמעשה, זה מה שקורה בתרופות רבות שאתה נוטל, שתוכננו בהסתמך על הבנה של החוקיות הכימית של המרכיבים אליהם הן נקשרות).

    אתה מוזמן גם לקרוא את סדרת המאמרים האחרונה שלי בנושא העצבים והסינפסות, כדי לראות איך הרדוקציה של המערכת החיה, והבנה של החוקיות הכימית שבה, יכולה להוביל להשפעה כלל-מערכתית.

    חג שמח,

    רועי.

    ——————

    הבלוג החדש שלי – מדע אחר

  8. ד"ר שלום,
    פרופ' ליבוביץ אמר בזמנו שלא ניתן לבצע רדוקציה למערכות חיות.
    אם אני לא טועה חלק מהמנגנונים הכוליים הם מנגנוני ההנעה וההעברה ביצור החי.

    האם ניתן לומר שכיום אנו מבינים (רדוקציה) את החוקיות הכימית סיבתית של כל אותם מנגוננים?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

אתר זו עושה שימוש ב-Akismet כדי לסנן תגובות זבל. פרטים נוספים אודות איך המידע מהתגובה שלך יעובד.