Işık Anahtarı ile Programlama
Görsel: ATP molekülü ışığa maruz kalarak serbest bırakılmakta ve DNA zincirine yapı taşlarını bağlayan enzim (mavi) için enerji sağlamaktadır. Bir başka enzim (yeşil) ise zincirleri bağlanma bölgelerinden birbirinden ayırmakta ve böylece DNA ipliği dinamik olarak uzatılmakta ve kısaltılmaktadır. Kaynak: Michal Rössler
Otonom sistemlerin ve materyallerin geliştirilmesinde, kimyasal reaksiyonlar sayesinde kendi kendine düzenlenen moleküler yapılar giderek önem kazanmaktadırlar. Ancak bu reaksiyonlardaki bileşenlerin kontrollü biçimde etkinleştirilmesini sağlayan basit dış mekanizmalar eksiktir.
Mükemmel Yaşam Ağı, Uyarlanabilir ve Enerji-Otonom Malzeme Sistemleri’nden (livMatS) Prof. Dr. Andreas Walther ve Prof. Dr. Henning Jessen önderliğinde bir araştırma grubu ve Freiburg Üniversitesi, Makro Moleküler Kimya Enstitüsü’nden Jie Deng, ışık anahtarı kullanılarak kendi kendine bir araya gelebilen DNA tabanlı yapıların her parçasının nasıl aktifleşebildiğini ve kontrol edilebildiğini ilk defa göstermiştir. Araştırma Angewandte Chemie dergisinde yayımlanmıştır.
Araştırmacılar mikrotübüller gibi biyolojik modeller kullanarak kendi kendine bir araya gelebilen yapılar geliştirmişlerdir. Mikrotübüller bitkilerde, hayvanlarda ve insanlarda hücre iskeletini oluşturan protein kompleksleridirler. Kendi kendine bir araya gelebilme özellikleri, mikrotübüllerin aynı anda ve sürekli olarak oluştuğu ve bozulduğu anlamına gelmektedir. Bu özellikleri sayesinde yapının değişken durumlara kolaylık ile uyum sağlamasına ve yapı taşlarını yeniden düzenleyerek hızlı tepki vermesine olanak tanımaktadır. Süreç, enerjinin sürekli dağılımı ile sürdürülmektedir. Enerji dönüşümü ise organizmadaki geri bildirim mekanizmaları ile düzenlenmektedir. livMatS araştırmacıları tarafından geliştirilen yapılar gibi otonom davranan malzemelerin yapıları gelecekte de benzer şekilde uyarlanabilir olmalıdırlar. Bu, yapısal oluşuma ve bozulmaya sebep olan bir aktivasyon enerjisinin ve deaktivasyonun gerçekleştiği sistemler ile başarılabilir.
Freiburg araştırmacıları sisteme enerji sağlaması için DNA yapı taşlarına adenozin trifosfat (ATP) eklemektedirler. Araştırmacılar ATP’ye moleküler bir ışık anahtarı eklemişlerdir. Işık anahtarları ışığa tepki vererek sistem için etkili bir yakıt molekülü olan ATP’yi serbest bırakmaktadırlar. Işık anahtarları, ışığın dalga boyu, aydınlatılma süresi ve ışık yoğunluğundan etkilenmektedir. ATP’nin aktivasyonu bir başka mekanizmayı çalıştırmaktadır. ATP ile aktifleşen bir enzim uzun bir DNA zincirini ortaya çıkartacak bağı kurmaktadır. DNA zincirini belirli bölgelerinde tanıyabilen ve kesebilen bir başka enzim ise bağlanma yerlerini tekrar parçalamaktadır. Böylelikle yapı taşlarının sürekli olarak birleşimi ve dağılımı gerçekleştirilebilmektedir. Bu işlem sırasında, DNA yapı taşları bir polimer oluşturmak üzere birer birer bağ yapmaktadırlar.
Andreas Walther “Uzun vadede hedefimiz, biyolojik bir yakıt olan ATP’yi en azından canlı ve cansız madde arasındaki çizgiyi bulanıklaştıran sentetik malzemeler geliştirmek için kullanmaktır. ATP’yi yakıt olarak kullanabiliyor ve kimyasal enerjiyi işe dönüştürebiliyor isek, insan vücudunu aktif olarak değiştirebilen ve gerçekten etkileşime girebilen yeni nesil implantlar tasarlayabiliriz,” demiştir.
Makaleyi görüntülemek için “ATP Yakıtlı Dengede Olmayan DNA Sistemlerinde Çoklu Işık Kontrol Mekanizmaları” buraya tıklayın.
Kaynak: phys.org
