Nanovýtahy nebo nanoautomobily. Nobelisté opisovali od štěstí

Technik / Nobelova cena / kinezin
22. 11. 2016 - 18:34

Vědci se od přírody učí stejně jako děti od svých rodičů. Snaží se ji napodobit a kopírovat. A platí to i v případě vývoje nanostrojů, za něž byla letos udělena Nobelova cena.

Panáček na obrázku s bačkorami si to kráčí jako provazochodec po laně a táhne za sebou pořádný náklad.  Jmenuje se kinezin a za sebou v transportním váčku táhne hormon štěstí – endorfin. Na obrázku je doslova kráčející štěstí. Zvedá jednu nožku po druhé a blíží se rychlostí jednoho milimetru za deset sekund do nervového zakončení neuronu. Díky jeho práci může člověk zakusit pocit štěstí.

Kinezin společně se svým bratrem dyneinem patří do skupiny bílkovin, kterým se také přezdívá molekulové motory. Jednou z jejich funkcí je přenášet v rámci buňky náklad z jednoho místa na druhé.  A právě u molekulových motorů se inspirovali i tři chemici, kteří si letos odnesli Nobelovu cenu za vývoj různých nanostrojů včetně automobilů a výtahů.

Mnohem více než automobilům se ale molekulové motory podobají metru. Zatímco vůz dokáže jet i mimo cesty, kinezin potřebuje stejně jako vlak kolejnice. Ty nejenže určují jeho směr jízdy, ale zároveň fungují i jako napájení. Pokud se má změnit směr dodávky štěstí, je nutné přestavit celé kolejnice, a to se v buňkách děje. Těmto kolejnicím se v případě kinezinu říká mikrotubuly. Kinezin má kromě bratra ještě bratrance, ti se jmenují myoziny a cestují po mikrofilemantech. Jejich základní funkce je ale stejná, byť se oba systémy vyvinuly nezávisle na sobě.  Budeme-li se držet přirovnání k metru, je kromě kolejnic nutný i samotný zdroj energie – elektřina. V případě kinezinu, dyneinu i myozinu pak její funkci plní molekuly ATP.

V roce 1984 mluvil proslulý fyzik Richard Feynman o tom, že by bylo skvělé tyto molekulové motory okopírovat.  Zkrátka možnosti, které by se otevřely, kdyby lidstvo dokázalo vyrobit molekulové automobily bez potřeby kolejnic, by byly ohromné.  Přineslo by to revoluci v medicíně, místo polykání tablet s antibiotiky by se zkrátka tyto vozy poslaly přímo na místo určení. Místo ozařování nádorových buněk, při němž jsou zasaženy i ty zdravé, by nanoautomobily vyklopily smrtící náklad pro nádorové buňky přímo před jejich dveřmi.

Uběhlo několik let a první nanoautomobily s náhonem na všechna kola jsou na světě. A postarali se o to chemici Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart a Bernard Fering. Letos si za svůj přínos odnesli Nobelovu cenu za chemii. Sauvage přispěl tím, že dokázal vytvořit nosnou konstrukci nanoautomobilů  - přišel na to, jak mechanicky spojit molekuly. Jím spojené molekuly se pak mohou volně pohybovat jako například dvě očka v řetězu. To umožnilo výrobu pohyblivých prvků. Stoddart se pak stal designérem a architektem těchto malých součástek.

Každý motor ale potřebuje nějaký pohon. A zde je přínos třetího z výše jmenovaných vědců. Fering dokázal dodat nanostrojům potřebné palivo a nepoužil nic jiného, než již výše zmíněné molekuly ATP. Využil to, co už příroda nabízela. Princip není nikterak složitý. Při rozštěpení molekuly ATP dojde k uvolnění energie a ta zdeformuje některou z jeho částí, tím se stroj pohne jedním směrem. Oproti přírodním molekulovým motorům tyhle vozy viditelné jen elektronovým mikroskopem nepotřebují žádné kolejnice.

Povedené video Utrechtské univerzity představující den v životě molekulového motoru ZDE.

Foto: John-Liebler, Art of Cell