Sərt elm və yüksək mətbəx
Molekulyar restoratorlar zülal və polimerləri hoqqabazlıq edir / Neue MaxPlanckResearch nəşr olundu
Mainzdakı Max Planck Polimer Tədqiqat İnstitutunun bir fiziki yumşaq maddə ilə bağlı araşdırmalarını bir elm olaraq yemək bişirməklə zərif birləşdirir. "Molekulyar restorator" Thomas A. Vilgis üçün mətbəx laboratoriyadır. Vilgis, MaxPlanckResearch-in son nəşrini (4/2003) ziyarət etdi və "sərt elm" in "yüksək mətbəx" lə qarşılaşdıqda nə baş verdiyini izah etdi.Niyə ət bişirildiyi zaman yumşalır, amma çox qızdırıldığı zaman sərt ayaqqabı tabanına çevrilir? Yumurta ağı çırpıldıqda və ya kərə yağı təmizləndikdə nə olur? Özlərini "molekulyar restorator" adlandıran elm adamları qızartma, sous və ya pudinglərin kimyası və fizikası ilə bağlı bu kimi suallarla məşğul olurlar. Thomas Vilgis onlardan biridir. Mainzdəki Max Planck Polimer Tədqiqat İnstitutunda polimerlərin, biopolimerlərin xüsusiyyətlərini və bunları yarada biləcək kompleks materialları araşdıran bir əyani tədqiqatçıdır.
Şəkil 1: Yumurta ağlarının mikroskopik təsviri açıq şəkildə göstərir ki, hava qabarcıqlarının divarları sendviçlər kimi qurulmuşdur: səthi aktiv zülal təbəqələri hava ilə birbaşa təmasdadır və aralarında sulu faza yerləşdirilir.
Şəkil: Polimer Tədqiqatları üçün MPI
Emulsiyalar, süspansiyonlar, köpüklər, gellər, bioloji membranlar və ya liflər çox böyük molekullardan ibarətdir. Bu molekullar, çox vaxt polimerlər, bir çox ölçü miqyasında bir-birinə təsir göstərir: nanometrlərdən (metrin milyardda biri) mikrometrlərə və hətta millimetrlərə qədər. Bu, bütün bu materiallara kompleks və eyni zamanda xarakterik xüsusiyyətlər verir. Buna görə elm adamları bu gün onu müxtəlif və çox dinamik tədqiqat sahəsini ifadə edən "yumşaq maddə" çətiri termini altında ümumiləşdirirlər. Yumşaq maddə bütün bioloji materialları - sümüklər və dişlərdəki biominerallar istisna olmaqla - və buna görə də yediyimiz hər şeyi ehtiva edir.
Yemək bişirmək üçün maraqlı bir yanaşma, məsələn, zülallar baxımından gəlir. Bu biopolimerlər minlərlə atomdan ibarət böyük molekullardır. Canlı orqanizmlərdə praktiki olaraq bütün biokimyəvi proseslərdə mərkəzi rol oynayırlar. Əhəmiyyətli olan odur ki, bu molekullar öz formalarını və beləliklə də bioloji funksiyalarını dəyişə bilirlər: bəzi zülallar yarpağa bənzər bükülmüş forma ilə vintşəkilli spiral arasında keçid edə bilir. Mövcud məlumatlara görə, bu cür proseslər hətta BSE kimi beyin xəstəliklərini də tetikler.
Şəkil 2: Qismən “açılmamış” zülal modeli molekulunun müxtəlif böyütmələrdə şəklinin görünüşü. Solda: Ən yüksək böyütmə, ayrı-ayrı atomların yalnız 0,1 ilə 0,2 nanometr (metrin milyardda biri) arasında olduğu ilkin quruluşu göstərir. Burada bir zülal meydana gətirən əsas tikinti materiallarını meydana gətirən amin turşularını görə bilərsiniz. Zülalın funksiyası və onun ikinci dərəcəli quruluşu (orta) onların düzülüşündən asılıdır: Bu, spiral və ya təbəqə strukturları kimi müxtəlif elementlərdən ibarət ola bilər. İkinci dərəcəli quruluş, nəhayət, bütün molekulun bioloji aktiv (sağda) olan kürəşəkilli, sferik üçüncü quruluşunu yaratmaq üçün bir-birinə qarışır.
Şəkil: Helmut Rohrer
Thomas A. Vilgis və onun həmkarları, məsələn, antikorların və fermentlərin necə işlədiyini daha yaxşı başa düşmək üçün yeni riyazi modellər hazırlayırlar. Katalizator kimi fermentlər orqanizmdə biokimyəvi reaksiyaları sürətləndirir ki, bu da bir çox həyat funksiyalarını mümkün edir. Bununla belə, bəzi fermentlər, məsələn, “ət yumuşatma” kimi yemək bişirməyə də kömək edə bilər. Bioloji toxumanın eyni zamanda güclü və elastik olmasını təmin etmək üçün kollagen lifləri onun içindən keçir. Bu biopolimer lifləri çox sabit molekulyar üçlü spiraldan ibarətdir - bu da çiy əti sərt edir. İstilik və ya müəyyən fermentlərə məruz qalma, məsələn, təzə ananas və ya əncirin şirəsi kollageni dəyişdirə bilər: üçlü sarmallar əriyir və polimerlər boş məkan şəbəkəsi yaratmaq üçün birləşir. Bu, bir gel yaradır və ət yumşaq olur.
Mətbəx müxtəlif mürəkkəb materiallar təklif edir - buna görə də molekulyar qastronomların elmi marağı üçün bol yem. Məsələn, interfeyslər çox maraqlıdır: Qidalarda onlar adətən cəmi bir neçə nanometr qalınlığında sifarişli zülal təbəqəsindən ibarətdir. Belə təbəqələr, məsələn, bir-birini itələyən su və yağ damcılarını birləşdirə bilər. Bu, süd və yağ kimi emulsiyalar yaradır. Molekulyar interfeyslər də köpüklərdəki hava kabarcıklarına kifayət qədər sabitlik verir. Bunun üçün yumurtanın ağında top halında olan zülal molekulları əvvəlcə “açılmalı”dır: bu, çırpma ilə döyülərək edilir. Yumurtanın şəffaf ağı qeyri-şəffaf yumurta ağına çevrilir. Dəyişdirilmiş zülal molekulları artıq yumurtanın su molekullarını incə, sendviçə bənzər membranlarla əhatə edə bilir. Bu membranlar yumurta köpükündəki hava qabarcıqlarının ətrafında sabit qabıqlar əmələ gətirir. Təəccüblüdür ki, bir çırpıcı kimi kobud bir cihazın molekulların şəklini cəmi bir neçə nanometr ölçüsündə dəyişə bilər. Nanotexnologiyanın mətbəxdə uzun bir ənənəsi var!
MaxPlanck Research 4/2003 indi nəşr edilmişdir. 76 səhifəlik jurnal Maks Plank Cəmiyyətinin institutlarından maraqlı və başa düşülən məlumatlar təqdim edir. Bu məsələnin diqqət mərkəzində "Optik Üfüqlər"dir: Mikroskopun 400 yaşı var və hələ də tam istifadə olunmayıb. Elm adamlarının bu gün ən kiçik və çox kiçik şeylər dünyasına səyahət etmək üçün istifadə etdikləri mürəkkəb üsulları və bu prosesdə əldə etdikləri fantastik fikirləri təcrübədən keçirin. Essedə “Zəka nə qədər beyin lazımdır?” sualı verilir, “Tədqiqat və Cəmiyyət” bölməsi (“Nömrə oyunları – əminlik illüziyaları”) düşüncə və yanlış mühakimələrdə səhvlərin səbəbləri və birinci əldən biliklərin altına düşür. ekoloji kimyəvi maddələrin təsiri haqqında modellərə həsr edilmişdir. Buraxılışda növbəti məqalələr: “Böyük Ünsiyyətçi” (Konrad Lorensin 100 illiyinə) və “SUSY Benediktinlərlə” (Mariya Laach monastırında fiziklərin qeyri-adi görüşü).
MaxPlanckResearch ildə dörd dəfə nəşr olunur. Elm jurnalına Maks Plank Cəmiyyətinin mətbuat ofisində və ya veb-formamız vasitəsilə abunə oluna bilərsiniz. Abunə pulsuzdur.
Əlaqədar Linklər:
[1] İnternetdə MaxPlanck araşdırması: http://www.mpg.de/
Original iş:
N. Lee, TA Vilgis - Tək zəncirli güc spektroskopiyası - HP protein modellərinin ardıcıllığının oxunması - Eur. Phys. J.B 28, 415 (2002)
N. Lee, TA Vilgis - Naxışlı səthlərdə hidrofobik-qütblü model zülalların üstünlüklü adsorbsiyası - Phys. Rev E 67, 050901 (2003)
E. Jarkova, N. Lee, TA Vilgis - Cavab verən amfifil gellərin şişkinlik davranışı - J. Chem. Phys. 119, 3541 (2003)
Mənbə: Mainz [mpg]
