ΕΝΑ ΤΑΞΙΔΙ ΣΤΙΣ ΤΕΛΕΥΤΑΙΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΤΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥΣ

¨...Η θέση και η ταχύτητα ενός μικροσκοπικού σωματιδίου δεν μπορεί να είναι ταυτόχρονα γνωστές με απόλυτη ακρίβεια....Όμως το πραγματικό περιεχόμενο της αρχής της αβεβαιότητας αναδεικνύεται αν την εφαρμόσουμε σε ένα σωματίδιο παγιδευμένο σε μια μικροσκοπική περιοχή, οπότε η θέση του είναι γνωστή με περιθώριο λάθους, δηλαδή απροσδιοριστία, όση και η διάσταση της φυλακής του. Εφόσον η απροσδιοριστία στη θέση του θα είναι πολύ μικρή, η απροσδιοριστία στην ταχύτητά του θα είναι πολύ μεγάλη, οπότε και η ταχύτητά του η ίδια θα είναι μεγάλη κατά μέσο όρο. Οδηγούμαστε έτσι στο εξής εντυπωσιακό- και πολύ βαθύ - συμπέρασμα: όσο πιο μικροσκοπική είναι η φυλακή στην οποία είναι κλεισμένο ένα σωματίδιο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητά του κατά μέσο όρο, άρα τόσο μεγαλύτερη και η κινητική ενέργεια που υποχρεούται να έχει... Η πιο μικροσκοπική φυλακή που υπάρχει στη φύση είναι ο ατομικός πυρήνας. Τι περιμένουμε λοιπόν να κάνουν οι έγκλειστοί του, δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια που βρίσκονται στο εσωτερικό του; Σύμφωνα με τα παραπάνω, θα έχουν τεράστιες κινητικές ενέργειες ακριβώς επειδή είναι παγιδευμένα σε μια τόσο μικροσκοπική περιοχή. Ο πυρήνας είναι γίγαντας ενέργειας ακριβώς επειδή είναι νάνος μεγέθους...¨
¨ Το φάντασμα της όπερας¨, Στέφανος Τραχανάς, καθηγητής Φυσικού Τμήματος Παν. Κρήτης
Αφιέρωμα στην αρχή της απροσδιοριστίας ή αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg η οποία ανακαλύφθηκε το 1927 και ...κρύβεται πίσω από όλες τις βασικές φυσικές προυποθέσεις που επιτρέπουν στο σύμπαν να φτάσει έως την αυτογνωσία!

Σάββατο, 9 Μαΐου 2015

Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σχεδόν διακρίνει άτομα

Το μόριο της β-γαλακτοσιδάσης σε ανάλυση 0,32 νανομέτρων 
Ουάσινγκτον 
Πριν από μερικά χρόνια δεν θα το πίστευε κανείς, κι όμως σήμερα υπάρχει πλέον ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο με ανάλυση που πλησιάζει τις ατομικές διαστάσεις. Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στη φαρμακοβιομηχανία, αφού μπορεί να αποκαλύπτει τις αλληλεπιδράσεις φαρμάκων με τους βιολογικούς στόχους τους. Το εντυπωσιακό επίτευγμα, το οποίο παρουσιάζεται στο Science, «φέρνει μια νέα εποχή στην απεικόνιση ανθρώπινων πρωτεϊνών, με τεράστια οφέλη για το σχεδιασμό φαρμάκων»σχολίασε ο Φράνσις Κόλινς, διευθυντής των αμερικανικών Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας (NIH)...
«Ζουμ» στις πρωτεΐνες
Οι εικόνες που παρουσίασαν οι ερευνητές του αμερικανικού Εθνικού Ινστιτούτου Καρκίνου, το οποίο υπάγεται στα NIH, είναι συγκρίσιμες με αυτές που δίνουν οι καλύτερες εξειδικευμένες τεχνικές για τον προσδιορισμό της δομής πρωτεϊνών, η κρυσταλλογραφία και ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός.

Τα οπτικά μικροσκόπια είναι σχεδόν άχρηστα στη μελέτη μορίων, αφού δεν μπορούν να διακρίνουν αντικείμενα με μέγεθος μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός.

Στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια, το φως αντικαθίσταται από δέσμες ηλεκτρονίων, τα οποία σκεδάζονται (εκτρέπονται) από το δείγμα και αποκαλύπτουν την εικόνα του.

Η νέα μελέτη αφορά μια παραλλαγή που ονομάζεται κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία και εξετάζει δείγματα που έχουν καταψυχθεί απότομα σε υγρό άζωτο.

Το μικροσκόπιο εξετάζει ταυτόχρονα χιλιάδες αντίγραφα της υπό εξέταση πρωτεΐνης. Οι εικόνες που προκύπτουν συνδυάζονται και αναλύονται από ειδικό λογισμικό για να δώσουν τελικά την τρισδιάστατη δομή ενός μεμονωμένου μορίου της πρωτεΐνης.

Οριο τα 0,22 νανόμετρα

Οι εικόνες της μελέτης έχουν διακριτικό όριο 0,22 νανόμετρα (αυτό είναι το ελάχιστο μέγεθος που πρέπει να έχει ένα αντικείμενο για να ξεχωρίζει στην εικόνα), το οποίο δεν επαρκεί για να διακρίνει κανείς μεμονωμένα άτομα, αποκαλύπτει όμως τις «ουρές» αμινοξέων και μόρια νερού που συνδέονται στην πρωτεΐνη.

Η μελέτη εστιάστηκε σε μια βακτηριακή πρωτεΐνη που ονομάζεται β-γαλακτοσιδάση. Όπως πολλές άλλες πρωτεΐνες, το μόριο αυτό λειτουργεί ως καταλύτης για την επιτάχυνση βιολογικών αντιδράσεων.

Στις εικόνες το ένζυμο είναι συνδεδεμένο σε ένα φάρμακο που ονομάζεται PETG, όπως ένα κλειδί που μπαίνει στην κλειδαριά. Δεδομένου ότι τα φάρμακα πρέπει να συνδέονται σε συγκεκριμένες περιοχές πρωτεϊνών, όπως το PETG συνδέεται στη β-γαλακτοσιδάση, η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να δώσει σημαντική ώθηση στο σχεδιασμό νέων φαρμάκων.

Όπως επισήμαναν οι δημιουργοί του μικροσκοπίου, αυτό θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στις περιπτώσεις πρωτεϊνών που δεν σχηματίζουν κρυστάλλους, και επομένως δεν μπορούν να μελετηθούν με την παραδοσιακή τεχνική της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ.

Υπάρχει πάντως και μια τεχνολογία που προσφέρει ακόμα μικρότερο διακριτικό όριο από το νέο κρυο-ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Είναι τα λεγόμενα μικροσκόπια ατομικής δύναμης, τα οποία όμως έχουν πολύ εξειδικευμένες εφαρμογές και σπάνια χρησιμοποιούνται σε βιοϊατρικές μελέτες.
www.tovima.gr