تعامل ماشین‌های مولکولی با کمک شبیه‌سازی بررسی شد

محققان با استفاده از شبیه‌سازی نشان دادند که دسته‌ای از پروتئین‌ها که در کنار هم ماشین‌های مولکولی را تشکیل می‌کنند چگونه با یکدیگر تعامل می‌کنند.

کد خبر: ۱۰۲۰۴۲۱

شنبه - ۱۸ تير ۱۴۰۱ / July 09, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خ0برگزاری دانشجو، محققان با استفاده از شبیه‌سازی نشان دادند که دسته‌ای از پروتئین‌ها که در کنار هم ماشین‌های مولکولی را تشکیل می‌کنند چگونه با یکدیگر تعامل می‌کنند.

ماشین‌های مولکولی تعداد قابل توجهی از فرآیند‌های اساسی در طبیعت را کنترل می‌کنند. این فرآیند‌ها که در یک محیط سلولی تعبیه شده‌اند، نقش اصلی را در حمل و نقل درون سلولی و بین سلولی مولکول‌ها و همچنین در انقباض عضلانی در انسان و حیوانات بازی می‌کنند. برای اینکه کل ارگانیسم به خوبی عمل کند، جهت گیری و آرایش دقیق ماشین‌های مولکولی ضروری است.

به عنوان مثال، بهره‌گیری از موتور پروتئینی، که کلاسی از ماشین‌های زیست‌مولکولی را تشکیل می‌دهند، باعث می‌شود تا یک تعامل پویا بین پروتئین‌های بی‌شماری انجام شود. در نتیجه حرکت در سطح مولکولی تقویت شده و از طریق ساز و کار‌های مختلف این حرکت تا سطح ماکروسکوپی منتقل می‌شود.

با الهام از این سیستم‌های زیستی، توسعه مواد سلولی مبتنی بر ماشین‌های مولکولی مصنوعی یک زمینه تحقیقاتی بسیار جذاب است. به منظور استفاده مولکولی از این ماشین‌ها در مواد، به طور خاص برای کاربرد در علم مواد یا پزشکی، درک دقیق از تعبیه مولکولی در یک ماتریس و همچنین شناخت برهمکنش‌های بین مولکولی بسیار تعیین کننده است.

النا کولودزیسکی و سعید امیرجلایر از مؤسسه فیزیک دانشگاه مونستر کسانی هستند که با استفاده از شبیه‌سازی‌های مولکولی دینامیک، تعامل دینامیکی یک کلاس از ماشین‌های مولکولی مصنوعی، موسوم به شاتل‌های مولکولی را با موفقیت آشکار کردند.

شاتل‌های مولکولی از مولکول‌های دمبلی شکل و حلقه‌ای شکل ساخته می‌شوند که از طریق پیوند‌های مکانیکی به یکدیگر متصل می‌شوند.

این پیوند مکانیکی در سطح مولکولی منجر به این می‌شود که حلقه بتواند از یک طرف به سمت دیگر در امتداد محور حرکت کند. این حرکت آونگی خاص قبلاً برای توسعه ماشین‌های مولکولی استفاده شده است.

بر این اساس، محققان در سراسر جهان در حال کار بر روی استفاده هدفمند از این ماشین‌های مولکولی در مواد کاربردی هستند. چارچوب‌های فلزی-آلی، که در یک رویکرد مدولار توسط واحد‌های ساختمانی آلی و معدنی مونتاژ می‌شوند، خود را به‌عنوان یک ماتریس امیدوارکننده برای تعبیه این مولکول‌های بهم پیوسته مکانیکی در ساختار‌های نوع سلولی نشان می‌دهند.

اگرچه مجموعه‌ای از این سیستم‌ها در سال‌های گذشته سنتز شده‌اند، اما درک اساسی از فرآیند‌های دینامیکی در این مواد عمدتاً وجود ندارد.

النا کولودزیسکی، نویسنده اصلی این مقاله می‌گوید: «مطالعه ما بینشی دقیق در مورد نحوه عملکرد و تعامل ماشین‌های جاسازی شده ارائه می‌کند. در همان زمان، ما قادر به استخراج پارامتر‌هایی بودیم که امکان تغییر نوع حرکت شاتل‌های مولکولی را در چارچوب‌های فلزی-آلی ممکن می‌سازد.»

کنترل هدفمند دینامیک، امکانات امیدوارکننده‌ای را برای تأثیرگذاری بر خواص انتقال مولکول‌ها در غشا‌ها یا هماهنگ کردن فرآیند‌های کاتالیزوری ارائه می‌کند.

محققان امیدوارند شبیه‌سازی‌های دینامیکی مولکولی آن‌ها مبنایی برای انواع جدیدی از مواد برای کاربرد‌های کاتالیزوری و پزشکی باشد. عملکرد‌های مختلف ماشین‌های مولکولی در سلول‌های زیستی نشان می‌دهد که چنین موادی چقدر کارآمد هستند.