Vonderviszt Ferenc

A négymilliárd éves nanotechnológia

A nanotechnológia alapvető célkitűzése olyan parányi szerkezetek előállítása, amelyek rendelkeznek az önszerveződés képességével, s az anyag tulajdonságainak molekuláris szintű szabályozásán nyugszanak. Bár a nanotechnológiára a 21. század ígéretes technológiájaként tekintünk, valójában ősidők óta létezik, hiszen az élő szervezetek molekuláris nanotechnológiát alkalmaznak, bennük elsősorban fehérjékből felépülő, önszerveződő molekuláris gépezetek működnek. Az előadás számos példával illusztrálva mutatja be a biológiai nanorendszerek ámulatba ejtő tulajdonságait, igyekezve arra is fényt deríteni, hogy mi teszi a fehérjéket különösen alkalmassá önszerveződő molekuláris gépezetek építésére.

I. Bevezetés
A nanotechnológia az anyag szerkezetének, az anyagot felépítő részecskék elrendeződésének befolyásolására vállalkozik. Egyik kiemelt célja, hogy önszerveződésre képes apró molekula-gépezeteket hozzon létre, melyek mintái az élő szervezetekben működő speciális fehérjekomplexumok.

II. Mik azok a fehérjék?
A fehérjék az élet molekulái, az élő szervezetek legfontosabb anyagai. Valójában láncmolekulák, amelyek 20 féle aminosav összekapcsolódásával jönnek létre. Ez a lánc képes felvenni egy jól definiált kompakt térszerkezetet. A fehérjék feltekeredettsége teszi lehetővé, hogy változatos funkciókat láthassanak el.

III. Fehérjeszerkezet-meghatározás
A fehérjék bonyolult óriásmolekulák, ezért is csábító kihívás térszerkezetük meghatározása. Ma már több mint húszezer fehérje szerkezetét ismerjük atomi precizitással. Ezeknek sajnos kevesebb mint 1%-át teszik ki a membránfehérjék, amelyek pedig a sejtek életének számos létfontosságú folyamatában részt vesznek.

IV. A fehérjék dinamikája
A fehérjék különböző részei párhuzamosan, de különböző ritmusban intenzív mozgásokat hajtanak végre. Egy hosszú evolúciós folyamat eredményeként ezek a mozgások irányítottan folynak.

V. A fehérjék térszerkezetének kialakulása
A fehérjék egyik különleges sajátossága az, hogy jól definiált térszerkezetet képesek felvenni. Bár a fehérjék szerkezetét kialakító és stabilizáló kölcsönhatásokat ismerjük, a lehetséges konformációk óriási száma miatt a legkedvezőbb energiájú szerkezet számítógépes megtalálása egyelőre reménytelen feladat.

VI. Molekuláris gépezetek az élő szervezetekben
A több mint 4 milliárd éves földi evolúció eredményeként kialakult élő szervezetek fehérjéi rendkívül szerteágazó feladatok ellátására képesek: bonyolult kémiai reakciókat katalizálnak; különböző energiafajták egymásba alakítását végzik; információfeldolgozási folyamatokat irányítanak; s még programvezérelt összeszerelő rendszerek is létrehozhatók belőlük.

VII. Lehet-e még jobb fehérjéket csinálni?
Az eltelt 4,5 milliárd év során a Földön a lehetséges fehérjeszekvenciák csak egy hihetetlenül parányi töredékének kipróbálására nyílt lehetőség. Ha képesek lennénk tudatos fehérjetervezésre, akkor a természetben létező fehérjéknél jóval előnyösebb tulajdonságokkal rendelkező fehérjéket állíthatnánk elő.

VIII. Fehérjealapú nanotechnológia
A nanotechnológiai fejlesztések során szerencsére nem kell mindent magunknak kitalálnunk, hiszen elleshetjük a fehérjealapú nanotechnológia titkait. A természetes fehérjék tulajdonságainak módosítása terén már ma is szép eredmények vannak, az új fehérjék tervezése azonban még gyerekcipőben jár.

1. Fehérjék átformálása
2. Fehérjetervezés

IX. Összefoglalás
A várakozások szerint a 21. század a molekuláris biológia és a nanotechnológia évszázada lesz, s ez a gyógyászatban is áttörést ígér. Ha sikerül többet megtudni a fehérjealapú molekuláris gépezetek működéséről, akkor talán még a természetes fehérjéknél is többre képes molekuláris méretű eszközöket fogunk tudni előállítani.

Tovább