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科学家通过DNA和蛋白质实现了物质分子的运输

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人类刚刚开始学着掌握纳米级的结构,但生物界已经在这个问题上摸爬滚打了几百万年了。随着我们对生物材料的控制越发熟练,纳米技术与生物合成技术之间的界限 也变得模糊。本周末《自然纳米科技》杂志发表了一篇论文,阐述如何用小型的生物工程方法为分子及其目标物之间建立运输通道,这个运输通道由什么构成呢?就 是DNA与蛋白质。

某种意义上,这项工作背后的英国团队与其说是在建立一种体系,不如称其在改造生命中已经拥有的构造。细胞本身有一种名为微管的运输系统。这些细小的纤维直径二十五微米,由两个单位的循环蛋白质(一般为α微管蛋白与β微管蛋白)构成,有专门的动力蛋白质与之结合,带着物质分子通过纤维。这一蜂窝状的运输系统包揽了从运送成群的蛋白质到正确的位置到确保细胞分裂时染色体均匀分离的所有事情。

这些实验中使用的动力蛋白被叫作驱动蛋白。每个驱动蛋白分子都有一个与物质相连接的部分和一个连接微管的。两根微管相连接之后,头部就有点类似于脚了,迈着步子依次走过微管,每一步使驱动蛋白前进八纳米,这一系列的步骤都要消耗ATP的一点能量。

在 这篇新的论文中,作者们略施小计,让驱动蛋白编织了一张微管运输网,与原来的每对驱动蛋白分子连接一个物质区域不同,这次一个驱动蛋白分子连接的是另一个 驱动蛋白分子,这样一来,就使两根不同的微管相连了。之后将这些蛋白质与微管混在一起,就能编织出一张复杂的网,网中的每一分子依靠驱动蛋白相互连接。

现在设想一下你加入ATP之后的情况,突然所有的驱动蛋白分子都涌向同一根微管的末端(不同的微管分别增减了末端数量,而驱动蛋白仅向增加数量的末端运动)。随着时间的推移,增加的末端会单独形成一个中心点,剩余的微管都从这个中心点发散出来。由此微管末端最终会形成酷似球状或是结籽的蒲公英状,

现在,随着运输系统的建立,作者们决定用它运送物质到目的地(中心地带),他们再次使用了人造的驱动蛋白,这次他们将驱动蛋白与携带DNA物质的蛋白质相连接,只要这份DNA的序列是正确的,这一人造的蛋白质就能够识别和携带它。所有与此DNA相连的物质也都搭了顺风车。为了达到既定的效果,作者们给这份DNA添加了荧光分子,向人们展示了若加入ATP,荧光信号便会因此聚集在运输系统的中心。

当然,一个运输系统如果不让其中的集群运动起来,便不能说是个很好的系统。作者们设计出了一个不同的DNA分子,其能够破坏先前的DNA并与之形成碱基对(我们会在看到有关DNA运算的研究时描述这种破坏并形成碱基对的行为)。将这第二份DNA传给驱动蛋白,同样驱动蛋白会带它到传输的中心,释放带有荧光分子的DNA

作者们还称同样的原则也可以用来打散这个传输中心,相比用化学方法连接两组驱动蛋白分子,科学家们现改用DNA进行连接。DNA连接的分子在加入ATP时仍会向中心汇聚,但现如今,如果另一个DNA分子与其进行碱基对重组,整个的系统便会分崩离析。

原本系统对于运送分子至中心地带的DNA的序列数目是没有限制的,所以这一系统具有很大的弹性。限制之处在于中心附近的区域会非常拥挤,从而制约了驱动蛋白吸引更多物质的能力,作者们针对这个问题还未找出切实可行的解决办法,但是他们称,这个系统可以用于分子或分子复合物的依次运送。

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