Çalışma, canlı sistemlerdeki nanomakineler alanında önemli bir keşfi ortaya koyuyor. Kudüs İbrani Üniversitesi’nden Prof. Sason Shaik ve Shiv Nadar Üniversitesi’nden Dr. Kshatresh Dutta Dubey, Cytokrom P450 (CYP450s) enzimlerinin moleküler dinamik simülasyonlarını gerçekleştirerek, bu enzimlerin benzersiz yumuşak robotik özellikler sergilediğini ortaya koydu.
Sitokrom P450 (CYP450’ler), canlı organizmalarda bulunan enzimlerdir ve çeşitli biyolojik süreçlerde, özellikle ilaçların ve ksenobiyotiklerin metabolizmasında çok önemli bir rol oynar. Araştırmacıların simülasyonları, CYP450’lerin dördüncü bir boyuta sahip olduğunu gösterdi – uyaranları algılama ve bunlara tepki verme yeteneği, onları “canlı maddelerde” yumuşak robot nanomakineler haline getiriyor.
Bu enzimlerin katalitik döngüsünde, substrat adı verilen bir molekül enzime bağlanır. Bu, oksidasyon adı verilen bir sürece yol açar. Enzimin yapısı, bir sensör ve yumuşak bir robot gibi hareket etmesine izin veren sınırlı bir alana sahiptir. Yumuşak darbeler gibi zayıf etkileşimler kullanarak alt tabaka ile etkileşime girer. Bu etkileşimler enerjiyi aktararak enzimin parçalarının ve içindeki moleküllerin hareket etmesine neden olur. Bu hareket, nihayetinde, enzimin çeşitli farklı maddeleri oksitlemesine hizmet eden, oksoiron türleri adı verilen özel bir madde üretir.
Bu moleküler dinamik simülasyonlarından çıkarılacak en önemli çıkarım, CYP450’lerin katalitik döngüsünün karmaşık olduğu ancak mantıklı bir sıra izlediğidir. Enzimin sınırlı alanı, stratejik kalıntı yerleşimleri ve kanalları, substratın, kendi heme değişikliklerinin ve aktif bölgedeki konformasyonel kaymaların hassas bir sensörü olmasına izin verir. Bu algılama-tepki yeteneği, daha önce normal 3B maddede görülmemiş bir dördüncü algılama boyutuna sahip bir yumuşak robot yaratır.
“CYP450’lerin ‘canlı maddelerde’ yumuşak robot makineler gibi hareket ederek olağanüstü bir algılama ve tepki-eylem yeteneği sergilediğini keşfettik. Bu heyecan verici bir keşif ve yumuşak etki ipuçlarının benzer mekanik-transdüksiyon mekanizmalarının olabileceğine inanıyoruz. Doğadaki diğer yumuşak robot makinelerde çalışıyor” dedi.
Bulgular, harici tetikleyiciler tarafından yönlendirilen 4D materyaller önem kazandıkça, yumuşak robot araştırmalarında yeni yollar açıyor. 3D baskı yoluyla üretilen hidrojeller gibi bu malzemeler, değişiklikleri algılama ve indükleme yetenekleri bakımından enzimlere benzer. Bu keşfin çıkarımları, yapay zeka tasarımı ve kendi kendine gelişen polimerler/jel sentezi gibi alanlarda potansiyel olarak devrim yaratan biyoloji ve kimya dünyasının ötesine uzanıyor.
Çalışmanın ortak araştırmacısı Dr. Kshatresh Dutta Dubey, “Kimya için, nanomakinelerin yumuşak robotik ve akıllı tasarımının benzeri görülmemiş ilerlemelere yol açabileceği heyecan verici bir döneme giriyoruz. Gelecek, kendi kendini geliştirenlerin yaratılmasına tanık olabilir. yeni molekülleri istediği zaman sentezleyebilen polimerler ve sürekli nanomakineler.”
Bilim adamları, yumuşak robotik dil ve makine programlamanın entegrasyonunun, 4 boyutlu malzemelerin geliştirilmesindeki ilerlemeyi hızlandırabileceğine ve yumuşak robotiğin tüm potansiyelini ortaya çıkarabileceğine inanıyor.
Source: www.sciencedaily.com