13 Мая 2017
МОСКВА, 13 мая. Физики впервые смогли детально оглядеть водородную связь между двумя молекулами и точно измерить силу, что поможет ученым в раскрытии тайн устройства белков и молекул ДНК, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Водород, состоящий из всего одного протона и электрона, является самым небольшим и распространенным атомом во Вселенной. Водород столь же важен и для радиохимии и физики, но до настоящего времени мы не могли видеть одиночные атомы водорода в молекулах. Получение первых данных по силе водородных связей вскрывает путь для раскрытия трехмерной формы молекул ДНК и полимеров, рассказывают Сигеки Кавай (Shigeki Kawai) из Национального института изучения материалов в Цукубе (Япония) и его коллеги.
Почти все молекулы, существующие во Вселенной, заключаются из атомов, связанных тремя путями – посредством прочных ковалентных или ионных связей, основанных на обобществлении или экспроприации электронов между двумя атомами, и слабых водородных связей.
Водородные связи, настающие между молекулами воды, объясняют высокую температуру кипения и высокую вязкость воды, а также необычные свойства белков, молекул ДНК и других кирпичиков жизни. Ученые достаточно давно знают примерную силу этих связей, однако их точное значение так и не было измерено из-за того, что электронные микротекстилы крайне плохо видят атомы водорода в молекулах.
Кавай и его коллеги разрешили эту проблему, модифицировав нажимало атомно-силового микроскопа таким образом, что водород начинает формировать ассоциации не только с изучаемыми молекулами, но и с самим микроскопом.
Сердцем атомно-силового микроскопа является ультратонкая игла из металла и присоединенная к ней упругая пластинка, которая вибрирует при движении зонда по образцу материала. Эти колебания преобразуются в картинку при помощи лазера, угол отображения луча которого меняется в зависимости от силы вибраций.
В 2012 не один месяцу Кавай и швейцарские физики впервые смогли увидеть связи между атомами углерода в молекулах ароматических углеводородов, покрыв иглу микроскопа замечательным газом, чьи молекулы, как выяснили ученые, бывальщины особенно чувствительны к искажениям, которые возникают в результате самоотталкивания наконечника электронами, образующими ассоциации между атомами.
Экспериментируя с подобными иглами, авторы статьи открыли, что они могут фиксировать появление водородной связи между ними и особо устроенными ароматическими углеводородами, часть атомов водорода в которых смотрит строго вверх. В таком случае жало микротекстила будет взаимодействовать со строго одним атомом водорода, что допускает четко видеть формирование связи и точно измерять ее силу.
Для проведения подобных экспериментов ученые собрали молекулы, состоящие из нескольких углеводородистых колец и хвостов и похожие по форме на логотип Мерседес-Бенц, пропеллер и звезду с тремя лучами. Ощупывая эти хвосты при помощи жала микротекстила, физики смогли впервые запечатлеть водородные связи, понять, как они отличаются от ковалентных связей, измерить их бездну – около 40 пиконьютонов, триллионных долей ньютона, и понять, на каком расстоянии они работают – примерно 300 пикометров.
В целом, все эти значения полностью соответствует теоретическим предсказаниям и говорят о том, что в их формировании не замешаны силы электростатического притяжения или неизвестная нам форма ионных связей. Как рассчитывает Кавай, открытие его команды проложит дорогу для получения первых атомных фотографий ДНК и важнейших белков, и последующего обнаружения их тайн.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
комментарии (0)
Вы можете оставить комментарии от своего имени, через соц. сервисы