Что такое мотор организма

Из нашего опыта мы обычно можем сказать, было ли что-то спроектировано разумом или нет. Основным доказательством является высокое информационное содержание. Что-либо имеет высокое информационное содержание, если нужна сложная инструкция (алгоритм) для его построения. Например, текст с повторяющимся алфавитом АБВГД АБВГД имеет мало информации в сравнении с произведением Шекспира. Структуры с высоким информационным содержанием (литературные произведения, архитектурные строения, двигатели и т.д.) не могут возникать в результате действия случайных сил природы, а требуют разумного создателя.

Такие структуры состоят из многих частей. Например, вы не можете построить мотор из одной детали. Зачастую, удаление одной части может нарушить работу всего механизма. Ученые называют это неснижаемой сложностью системы — все части вносят свой вклад в ее работу. Если убрать хотя бы одну составляющую, система просто не будет функционировать. Простая мышеловка является примером неснижаемой сложности. Она состоит из основания, удерживающей вертикальной рейки, пружины, молоточка и фиксатора. Уберите хотя бы что-то, и она перестанет работать как мышеловка.

Неснижаемую сложность нельзя получить пошагово или постепенным развитием, она создается сразу как единое целое.

Видео:Как работает двигатель внутреннего сгорания автомобиля?Скачать

Бактерии передвигаются с помощью электромоторов

Многие моторы демонстрируют неснижаемую сложность. Ученые обнаружили в живых организмах тысячи разных молекулярных механизмов. Их дизайн превзошел самые усердные достижения людей. Бактерии двигаются, используя жгутики (ед.flagellum, от лат. хлыст) — филаменты (нити), вращаемые с помощью настоящего электромотора. Этот мотор размером всего лишь с вирус и намного меньше, чем что-либо, созданное человеком. При этом он может вращаться до 1000 оборотов в секунду!

Встроенный в мембрану клетки, он позволяет микроорганизму передвигаться в выбранном направлении с определённой скоростью. Этот двигатель сформирован по тем же механическим принципам, что и электрический двигатель. В нём есть две главные части: движущаяся часть («ротор») и стационарная часть («статор»).

Когда жгутики начинают синхронно вращаться против часовой стрелки, они сплетаются в один пучок, образуя своеобразный пропеллер, чья сила заставляет бактерию двигаться почти по прямой линии. После изменения вращения жгутиков на противоположное, пучок расплетается. Когда жгутики снова начнут вращаться против часовой стрелки, направление движения микроорганизма будет отличаться от первоначального. Бактерия таким образом изменяет направление движения. Мотор состоит из ротора, статора и некоторых вспомогательных белковых частей, выполняющих роль подшипника, внутри которого вращается стержень ротора.

Видео:Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3DСкачать

Жгутик и мотор бактерии: детальное исследование

Бактериальный жгутик — это сложный наномеханизм, в чьем создании принимают участие около 240 различных белков. Внутренняя структура его двигателя также чрезвычайно сложна. Он состоит из более 50 разных молекулярных частей, каждый из которых выполняет определённую функцию, такую как ротация двигателя, изоляция, приводной вал, очерёдность переключения регулятора, универсальная связка, спиралевидный пропеллер и т.д. Диаметр двигателя составляете всего 30-40 нм (1 нм = одна миллиардная метра), при этом его эффективность преобразования энергии превышает 95%.

Рассмотрим его детальней (Рис. 2) Важными узлами электромотора являются два диска (называемые М- и S- дисками), центры которых соединены с вращающимся стержнем, выступающим наружу. На краю диска М находятся многочисленные копии белка, названного Мot B. Несколько копий белка Мot А, который входит в состав статора, встроены в мембрану и примыкают к краям дисков М и S. Вращающий момент возникает за счет взаимодействия субъединиц Мot B с белковыми субъединицами Мot А, расположенными на статоре электромотора. В состав субъединицы Мot А входят два протонных канала. Как вода течет на мельнице, так и протоны текут через эти каналы мембраны. В результате прохода протонов через белки Мot А и Мot В происходит вращение ротора. За одну секунду бактерия может перемещаться на расстояние, которое в 10 раз превышает ее собственную длину. Если бы люди так плавали, то стометровую дорожку плавательного бассейна они проплывали бы за 5 секунд! У некоторых бактерий скорость вращения превышает 1000 оборотов в секунду! Несмотря на такую скорость, бактерия может остановить жгутик всего за 1/3 оборота! Их электромоторы также очень экономичны и потребляют не более 1% ресурсов бактерии.

Видео:Сердце – самый мощный двигатель в миреСкачать

Молекулярные механизмы подтверждают сотворение

Известный британский эволюционист Холдейн заявил в 1949, что эволюция никогда не могла произвести «различные механизмы, такие как колесо и магнит, которые были бы бесполезными до своей полной безупречности». Поэтому такие механизмы в организмах доказали бы ложность эволюции.

Читайте также: Ремонт авто моторов печек

Молекулярный мотор на самом деле удовлетворил один из его критериев. Сложная структура бактериального жгутика опровергает теорию эволюции, так как она демонстрирует неснижаемую сложность. Даже если однаединственная часть этой сложной структуры исчезнет или повредится, жгутик не будет ни работать, ни представлять пользу для бактерии. Он не мог развиться поэтапно, так как предполагаемые предшествующие формы не могли функционировать и устранялись бы естественным отбором. Жгутик и его электромотор должны были появиться как целостная система, т.е. были сотворены.

«Ибо, что можно знать о Боге, явно для них, потому что Бог явил им. Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы, так что они не имеют извинения» (Рим 1:20)

Видео:Анатомия сердца за 1 минуту!!!Скачать

Белковые моторы

На службе у человека и нанотехнологий

Каждая клетка нашего тела – это настоящий мегаполис. Причем, застройка в нем очень плотная – мэрия (ядро), энергетические станции (митохондрии), химический завод (аппарат Гольджи) и многие другие органеллы. Имеется в этом городе и развитая дорожная сеть (микротрубочки и микрофиламенты), по которой передвигается особый вид транспорта: белковые моторы – сложные молекулы размером в несколько нанометров. Их услуги – на любой вкус. Они перевозят грузы (например, вещества, которые должны быть выведены из клеток), участвуют в передаче нервных сигналов, позиционируют ядро и разделяют клетки во время деления, осуществляют сокращение мышц и т.д. Об этих удивительных молекулах, значении их нормального функционирования для здоровья человека и их потенциальном применении в нанотехнологиях пойдет речь в этой статье.

Белок – это последовательность аминокислот, соединенных в цепочку, которая, в свою очередь, скручена в определенную объемную структуру. Существует огромное количество различных белков – как и функций, которые они выполняют в нашем организме. Одна из разновидностей белков – внутриклеточные моторы, которые передвигаются внутри клеток по специальным «дорогам» (микротрубочкам и актиновым микрофиламентам) и могут перевозить грузы (органеллы и молекулы, которые слишком большие, чтобы диффундировать, как, например, глюкоза) в то место клетки, где они необходимы [1]. Примером груза могут служить митохондрии (энергетические станции клеток), гранулы пигмента меланосомы, которые придают коже коричневый цвет в результате загара, везикулы – «пузырьки», которые содержат разнообразные вещества, в том числе ферменты, гормоны, нейромедиаторы [2].

Выделяют три больших семейства белковых моторов – миозин, кинезин и динеин, каждое из которых состоит из нескольких отличающихся друг от друга представителей [3, 4]. Семейства разделяются по:

• типу поверхности, по которой они могут передвигаться (микротрубочки или актиновые микрофиламенты);
• строению;
• типу перевозимого груза;
• скорости движения (миозин – 0,2–60 микрометра в секунду, динеин – 14, кинезин – 2–3);
• преодолеваемым расстояниям (от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров – настоящие дальнобойщики по клеточным меркам!) [5].

Несмотря на указанные различия, в структуре моторов можно выделить общие черты. Характерными являются продолговатая структура (40–100 нанометров) [6] и наличие хвоста, состоящего из скрученных между собой цепочек аминокислот. К одному концу хвоста может присоединяться определенный груз, а к другому – головки. Несмотря на название, функция этой части мотора больше напоминает привычные нам ноги, а не головы (хотя, может, у моторов такая причуда – ходить на голове). С помощью головок моторы последовательно отсоединяются от дороги, делают шаг и присоединяется вновь, после чего цикл повторяется.

Маленький шаг для мотора – огромное значение для человечества

Чтобы разобраться с механизмом движения белковых моторов, необходимо ввести два термина. Первый – конформационные изменения. Словосочетание звучит устрашающе, но его суть проста – это изменение формы макромолекулы под воздействием факторов окружающей среды. В случае белковых моторов это изменение приводит к тому, что «нога» переносится вперед и делает шаг. Но, как известно, для того чтобы двигаться, нужна энергия. Машинам – в виде топлива, нам – в виде еды, а белковым моторам в виде молекулы АТФ – основного источника энергии клеток. АТФ состоит из Аденина (одной из четырех «букв», кодирующих ДНК) и Трех остатков Фосфорной кислоты. Данная молекула содержит большое количество энергии, которая высвобождается при отделении упомянутых остатков. Этот процесс (с отделением одного остатка и превращением АТФ в АДФ – Аденин и Два остатка Фосфорной кислоты) и заправляет «бак» белковых моторов. Вооружившись этими знаниями, рассмотрим процесс движения моторов на примере кинезина.

Читайте также: Ленд ровер дискавери мотор 2 7 дизель

Кинезин имеет две «ноги», которые работают очень слаженно (рис. 1, видео). В начале каждого цикла задняя «нога» крепко соединена с микротрубочкой («дорогой») и молекулой АТФ, передняя – соединена с АДФ и слабо связана с дорогой. Затем на собирающейся сделать шаг задней «ноге» происходит химическая реакция, в результате которой АТФ превращается в АДФ, и связь с «дорогой» ослабевает. Тем временем передняя «нога» теряет АДФ, но к ней присоединяется АТФ (в знак утешения) и «нога» крепко связывается с микротрубочкой. Происходит конформационное изменение, в результате которого форма мотора изменяется так, что задняя «нога» продвигается вперед, соединяется с микротрубочкой и становится ведущей [5]. Цикл замыкается, после чего все повторяется вновь.

Рисунок 1. Механизм движения кинезина

Видео. Как шагает белок кинезин

А вместо сердца – протеиновый мотор

Одним из завораживающих примеров работы белковых моторов является сокращение мышц. Мышцы представляют собой совокупность вытянутых волокон (рис. 2а), состоящих из многократно повторяющихся звеньев (рис. 2б). Каждое из них собрано из параллельных «дорог» – актиновых филаментов (рис. 2в, г). Для миозинов это настоящее многополосное шоссе, по которому они «мчатся» в противоположных направлениях. Но дело в том, что «хвосты» моторов сплетены между собой, а последние «тянут» с одинаковой силой. В итоге, когда миозины «шагают», они остаются на месте. И все было бы как в известной басне Крылова, но в данном случае «дороги» продвигаются навстречу друг другу в горизонтальных направлениях (рис. 2д). А это не что иное, как сокращение мышц.

Рисунок 2. Механизм сокращения мышц. Рисунок из [5], адаптирован.

Помимо сокращения мышц, белковые моторы выполняют множество других функций, от которых зависит нормальное функционирование организма. Но что, если что-то пойдет не так в этой слаженной системе? Что ж, это случается, и может привести к различным заболеваниям. Рассмотрим несколько примеров.

В начале статьи приведена аналогия между клеткой и мегаполисом. А от чего чаще всего страдают жители последнего? Правильно, от транспортных пробок. В клетках такое тоже случается, когда слишком большое количество белковых моторов собирается в одном месте, скорость их движения замедляется, в результате чего грузы не доставляются вовремя.

Другая проблема больших городов – это угон транспортных средств. Когда злоумышленники (некоторые вирусы, к примеру, герпес) проникают в наш организм, они используют развитые механизмы для того, чтобы завладеть моторами и добраться до цели [1]. Другие вирусы способны разрушать микротрубочки и актиновые филаменты, в результате чего мотор оказывается не в то время и не в том месте.

Нарушение правильной работы может возникнуть в результате мутации моторов или вспомогательных белков, воздействии химических веществ (например, блокирующих движение). Также возможны случаи, когда мотор работает исправно, но клетки «превышают служебные полномочия», что привит к заболеваниям. Например, как в случае рака, когда клетки начинают аномально делиться (помните, в начале статьи говорилось о том, что белковые моторы участвуют в делении клеток) [7]. Ошибки в работе белковых моторов могут также привести к болезням почек, хроническим инфекциям дыхательного тракта, амиотрофическому латеральному склерозу, болезни Альцгеймера и т.д.

Белковые моторы в нанотехнологиях

Если вирусы используют моторы для своих целей, то не можем ли и мы делать то же самое? Эта идея увлекает многих исследователей, ведь способность белковых моторов распознавать и перевозить определенные грузы потенциально имеет множество приложений. Например, была выдвинута идея использовать их для сортировки и фильтрации веществ, а также доставки строительных материалов для сборки различных структур. Так, был продемонстрирован перенос золотых нанопроводов (в данном случае представляющих собой актиновые микрофиламенты, частично покрытые золотом), что теоретически нашло бы применение для сборки миниатюрных электрических цепей в подходе «снизу-вверх» [8]. Этот подход – альтернатива повсеместно применяемому подходу «сверху-вниз» – призван преодолеть ограничения последнего в плане миниатюризации. Указанные стратегии отличаются тем, что, проводя аналогию, можно сказать, что «снизу-вверх» – это как собирать фигуру из кирпичиков Lego, а «сверху-вниз» – ближе к высечению фигур из глыб мрамора.

Читайте также: Лодочные моторы для лодок из пвх в новосибирске

Другое предложение – использовать моторы в биосенсорах (названных так из-за наличия биологических распознающих элементов, например, антител – бойцов иммунной системы, вступающих в реакцию только с веществом, на которое делается тест [9]). Предполагается, что белковые моторы могли бы доставлять анализируемые вещества напрямую к распознающему элементу. Это позволило бы, во-первых, обнаруживать чрезвычайно небольшие объемы веществ (вплоть до одной молекулы, что гораздо сложнее, чем найти иголку в стоге сена!). Так сократились бы объемы забираемых анализов и, тем самым, уменьшилось негативное влияние на пациентов. Во-вторых, это помогло бы распознающему элементу и анализируемому веществу встретиться как можно быстрее, что положительно сказалось бы на скорости получения результатов анализов. Вдобавок, этот метод мог бы стать альтернативой нанофлюидике – науке о контроле потоков жидкостей в миниатюрных каналах. Дело в том, что использование нанафлюидики связано с созданием довольно больших давлений, на что расходуется значительная часть энергии аккумулятора. В то же время, белковые моторы работают от АТФ, что позволяет сократить затраты электричества. В итоге получаются компактные, дешевые приборы, доступные для широкой массы людей. Таким образом, использование моторов способно потенциально расширить возможности диагностики, сделав ее более быстрой, дешевой и доступной, причем не только в лабораториях, но и на дому [10].

Альтернативное применение белковых моторов – это адресная доставка [11, 12]. Ее цель – сократить принимаемые дозы препаратов и снизить побочные эффекты от их применения. Представьте, что вы решили покрасить потолок в комнате, но ничем не накрыли мебель и пол. В итоге, потолок вы, скорее всего, сделаете, и он будет как новенький, но вся мебель будет в следах краски и пострадает ни за что. Так происходит и в организме, когда лечение одного органа оказывает негативное влияние на другие. Но возможен и иной метод, когда здоровые органы не взаимодействуют с лекарством, так как оно находится в защитной оболочке, которая рассасывается и высвобождает лечебное вещество только после того, как препарат был доставлен (например, мотором) к месту назначения. Этот революционный подход имеет высокие шансы стать будущим медицины.

Для того чтобы реализовать все перечисленные возможности, необходимо обучиться первоклассному контролю над белковыми моторами: начинать, останавливать и направлять их движение, присоединять и отпускать грузы и т.д. Для того чтобы создать такой «джойстик», ученые пробуют использовать тепло (под воздействием которого специально добавленные на пути следования моторов полимеры сжимаются и перестают блокировать движение), химические вещества, свет, электромагнитное поле [9, 13]. Параллельно рассматриваются идеи создания искусственных моторов, которые могли бы быть более устойчивыми к окружающей среде (денатурация – разрушение белков – очень серьезная проблема) и сразу приспособленными реагировать на сигналы управления.

Применение белковых моторов в нанотехнологиях в настоящий момент далеко от реализации. Пока неизвестно, насколько практичным окажется этот подход и найдет ли он свою нишу (для большинства обсуждаемых приложений существуют гораздо более развитые и повсеместно используемые методы, как, например, создание электрических цепей с помощью литографии в полупроводниковой индустрии). Сейчас ученые выдвигают предложения, доказывают их теоретическую возможность, производят единичные демонстрации. Но даже если эти идеи так и не найдут воплощения, то их изучение само по себе приносит огромное количество информации, полезной для химии, биологии, материаловедения, медицины и электроники.

Природа создавала и оттачивала различные структуры и методы контроля над ними миллионы лет, поэтому достичь такого же совершенства человечеству нелегко. Пока что, это мечты, но многое из того, что кажется невозможным сегодня, имеет шанс стать самой обычной вещью завтра.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/chto-takoe-motor-organizma

  🎬 Видео

  Как работает самый эффективный двигатель в мире? [Fraser Cain]Скачать

  

  Сердце. Строение сердца - развивающий мультфильм для детейСкачать

  

  Как устроен автомобильный двигательСкачать

  

  ⚫ САМЫЙ ГЕНИАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. почему порше и субару используют оппозитСкачать

  

  Чем отличается асинхронный электро двигатель от синхронного, как устроен электро двигательСкачать

  

  Двигатель, искривляющий пространство, реален? Эксперименты, наука и история Варп-двигателя.Скачать

  

  БЕНЗИН ИЛИ ДИЗЕЛЬ? НАГЛЯДНО СРАВНИВАЕМ ДВА ТИПА ДВИГАТЕЛЕЙ.Скачать

  

  Сердце во всей красе! 3D анимация работы сердца, со всеми механизмами работы, и кровообращенияСкачать

  

  У мотора есть сердце ☆ мотор автомобиля ☆живой организмСкачать

  

  Каннабис/Конопля/Марихуана: вокруг чего столько споров? Нейробиолог Владимир АлиповСкачать

  

  Сердце – главный «двигатель» вашего организмаСкачать

  

  1265 CИЛ ПЕРВОБЫТНОГО СТРАХА. Zeekr 001 FR.Скачать

  

  Опорно-двигательная система человека | Биология ЕГЭ, ЦТСкачать

  

  ПОЧЕМУ ЗАПРЕТИЛИ ЭТИ ДВИГАТЕЛИ? Документальный фильм про альтернативные ДВС и авто технологииСкачать

  

  ⚫ЗАПРЕЩЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА ВОДОРОДЕСкачать

  

  Все конфигурации двигателя | B2B На РусскомСкачать