Çalışma, canlı sistemler içindeki nanomakineler alanında önemli bir keşfi ortaya koyuyor. Kudüs İbrani Üniversitesinden Dr. Sason Shaik ve Shiv Nadar Üniversitesinden Dr. Kshatresh Dutta Dubey, Sitokrom P450 (CYP450s) enzimlerinin moleküler-dinamik simülasyonlarını gerçekleştirerek bu enzimlerin benzersiz soft-robotik özellikler sergilediğini ortaya koydu.
Sitokrom P450’ler (CYP450’ler) canlı organizmalarda bulunan enzimlerdir ve başta ilaçların ve ksenobiyotiklerin metabolizması olmak üzere çeşitli biyolojik süreçlerde önemli bir rol oynarlar. Araştırmacıların simülasyonları, CYP450’lerin dördüncü bir boyuta sahip olduğunu göstermiştir – uyaranları algılama ve yanıt verme yeteneği, onları “canlı maddelerde” soft-robot nanomakineler haline getirmektedir.
Bu enzimlerin katalitik döngüsünde, substrat adı verilen bir molekül enzime bağlanır. Bu da oksidasyon adı verilen bir sürece yol açar. Enzimin yapısı, bir sensör ve soft-robot gibi hareket etmesini sağlayan sınırlı bir alana sahiptir. Yumuşak darbeler gibi zayıf etkileşimler kullanarak substrat ile etkileşime girer. Bu etkileşimler enerji aktararak enzimin parçalarının ve içindeki moleküllerin hareket etmesine neden olur. Bu hareket, sonuçta enzimin çeşitli farklı maddeleri oksitlemesine hizmet eden okso-demir türleri adı verilen özel bir madde üretir.
Bu moleküler-dinamik simülasyonlardan çıkarılacak en önemli sonuç, CYP450’lerin katalitik döngüsünün karmaşık olduğu ancak mantıklı bir sıra izlediğidir. Enzimin kısıtlı alanı, stratejik rezidü yerleşimleri ve kanalları, substratın hassas bir sensörü olmasına, kendi hemen değişikliklerine ve aktif bölgedeki konformasyonel kaymalara izin verir. Bu algılama-tepki kabiliyeti, daha önce normal 3D maddede görülmeyen dördüncü bir algılama boyutuna sahip bir soft-robot yaratır.
Profesör Sason Shaik “CYP450’lerin ‘canlı maddelerde’ soft-robot makineler olarak hareket ettiğini, dikkate değer bir algılama ve tepki-eylem kabiliyeti sergilediğini keşfettik. Bu heyecan verici bir keşif ve yumuşak darbe işaretlerinin benzer mekano-iletim mekanizmalarının doğadaki diğer soft-robot makinelerde de iş başında olabileceğine inanıyoruz” dedi.
Bulgular soft-robotik araştırmalarında yeni yollar açıyor çünkü 4D malzemeler dış tetikleyiciler tarafından yönlendirilerek önem kazanıyor. 3D baskı yoluyla üretilen hidrojeller gibi bu malzemeler, değişiklikleri algılama ve indükleme yetenekleri bakımından enzimlere benzemektedir. Bu keşfin sonuçları biyoloji ve kimya alanının ötesine uzanarak, yapay zeka tasarımı ve kendi kendine gelişen polimerler/jeller sentezi gibi alanlarda potansiyel olarak devrim yaratıyor.
Çalışmanın yardımcı araştırmacısı Dr. Kshatresh Dutta Dubey şunları ekledi: ” Kimya için, yumuşak-robotiklerin ve nanomakinelerin akıllı tasarımının benzeri görülmemiş ilerlemelere yol açabileceği heyecan verici bir döneme giriyoruz. Gelecek, kendi kendine gelişen polimerlerin ve istediği zaman yeni moleküller sentezleyebilen sürekli nanomakinelerin yaratılmasına tanık olabilir.”
Bilim insanları, soft-robotik dil ve makine programlamasının entegrasyonunun 4D malzemelerin geliştirilmesindeki ilerlemeyi hızlandırabileceğine ve soft-robotiklerin tüm potansiyelini ortaya çıkarabileceğine inanıyor. [1]Discovery in nanomachines within living organisms — cytochromes P450 (CYP450s) unleashed as living soft robots[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
