어려운 과학과 고급 요리
단백질 및 폴리머로 저글링하는 분자 식당 / New Max Planck Research Publications
마인츠에있는 막스 플랑크 (Max Planck) 고분자 연구 연구소의 물리학자는 부드러운 물질에 대한 그의 연구를 과학으로서의 요리와 우아하게 결합합니다. "분자 요리법"인 Thomas A. Vilgis와 함께 주방은 실험실이되었습니다. MaxPlanckResearch (4 년 2003 월)의 최신판은 Vilgis를 방문하여 "하드 사이언스"가 "오트 요리"를 만났을 때 어떤 일이 발생하는지 설명합니다.고기를 요리 할 때 왜 고기가 부드러워 지지만 신발의 거친 바닥까지 너무 오래 가열되면? 달걀 흰자위를 휘젓거나 버터를 정화하면 어떻게됩니까? 스스로를 "분자식 식당가"라고 부르는 과학자들은 로스트, 소스 또는 푸딩의 화학 및 물리학에 대한 그러한 질문을 다룹니다. 토마스 빌기 스는 그들 중 하나입니다. 그의 주요 직무는 Mainz의 Max Planck Institute for Polymer Research에서 고분자, 바이오 폴리머 및 복합 재료의 특성을 연구하는 것입니다.
그림 1 : 달걀 흰자위의 현미경 이미지는 기포의 벽이 샌드위치처럼 형성되어 있음을 명확하게 보여줍니다. 표면 활성 단백질 층은 공기와 직접 접촉하며 그 사이에 수성 상이 포함되어 있습니다.
이미지 : 폴리머 연구용 MPI
에멀젼, 현탁액, 폼, 젤, 생물학적 막 또는 섬유는 매우 큰 분자로 구성됩니다. 이러한 분자 (종종 폴리머)는 다양한 크기 범위에서 서로 영향을 미칩니다. 나노 미터 (십억 분의 XNUMX 미터)에서 마이크로 또는 심지어 밀리미터까지 다양합니다. 이것은 이러한 모든 재료가 복잡하고 동시에 특징적인 특성을 제공합니다. 그래서 오늘날 과학자들은 다양하고 매우 역동적 인 연구 분야를 나타내는 "연질 물질"이라는 포괄적 인 용어로 그것들을 요약합니다. 연질 물질에는 뼈와 치아의 생물 미네랄을 제외한 모든 생물학적 물질이 포함되어 있으므로 우리가 먹는 모든 것입니다.
요리에 대한 흥미로운 접근 방식은 예를 들어 단백질의 관점에서 비롯됩니다. 이 생체 고분자는 수천 개의 원자로 구성된 큰 분자입니다. 살아있는 유기체에서 그들은 거의 모든 생화학 적 과정에서 중심적인 역할을합니다. 여기서 결정적인 요소는 이러한 분자가 모양을 바꿀 수 있다는 것입니다. 따라서 생물학적 기능도 변경 될 수 있습니다. 일부 단백질은 잎 모양의 접힌 모양과 나선형 나선 사이를 전환 할 수 있습니다. 현재 지식에 따르면 이러한 과정은 BSE와 같은 뇌 질환을 유발합니다.
그림 2 : 다른 배율로 부분적으로 "감겨지지 않은"단백질 모델 분자의 모양보기. 왼쪽 : 가장 큰 확대는 개별 원자가 0,1 ~ 0,2 나노 미터 (XNUMX 억분의 XNUMX 미터) 떨어져있는 XNUMX 차 구조를 보여줍니다. 여기에서 단백질의 기본 구성 요소를 형성하는 아미노산을 볼 수 있습니다. 단백질의 기능과 XNUMX 차 구조 (중간)는 서열에 따라 달라집니다. 이것은 나선 또는 시트 구조와 같은 다양한 요소로 구성 될 수 있습니다. XNUMX 차 구조는 마지막으로 얽혀 생물학적으로 활성 인 완전한 분자의 구형, 구형 XNUMX 차 구조를 형성합니다 (오른쪽).
이미지 : Helmut Rohrer
Thomas A. Vilgis와 그의 팀은 예를 들어 항체와 효소의 작용 방식을 더 잘 이해하기 위해 새로운 수학적 모델을 개발하고 있습니다. 촉매제로서 효소는 유기체의 생화학 적 반응을 가속화하여 많은 중요한 기능을 가능하게합니다. 예를 들어 "고기 연화제"와 같은 특정 효소는 요리에 도움이 될 수 있습니다. 콜라겐 섬유가 그것을 통과하여 생물학적 조직이 동시에 단단하고 탄력적입니다. 이 생체 고분자 섬유는 매우 안정적인 분자 삼중 나선으로 구성되어 있지만 생고기를 질 기게 만듭니다. 예를 들어 신선한 파인애플이나 무화과의 주스에서 나오는 특정 효소의 가열 또는 작용은 콜라겐을 변형시킬 수 있습니다. 삼중 나선이 용해되고 중합체가 결합하여 느슨한 공간 네트워크를 형성합니다. 이것은 젤을 만들고 고기가 부드러워집니다.
주방은 다양한 복합 재료를 제공하므로 분자 식당가의 과학적 호기심을위한 많은 음식을 제공합니다. 예를 들어 인터페이스는 특히 중요합니다. 식품에서는 일반적으로 몇 나노 미터 두께의 정렬 된 단백질 층으로 구성됩니다. 예를 들어, 이러한 층은 서로 밀어 낼 수있는 물과 지방 방울을 연결할 수 있습니다. 이것은 우유와 버터와 같은 유제를 만듭니다. 분자 인터페이스는 또한 거품의 기포에 충분한 안정성을 제공합니다. 이렇게하려면 달걀 흰자에 공으로 존재하는 단백질 분자를 먼저 "풀어야"합니다. 이것은 거품기로 채찍질하여 수행됩니다. 투명한 난백은 불투명 한 난백이됩니다. 변형 된 단백질 분자는 이제 계란의 물 분자를 샌드위치 모양의 미세한 막으로 둘러 쌀 수 있습니다. 이 막은 계란 거품의 기포 주변에 안정적인 껍질을 형성합니다. 거품기와 같은 조잡한 장치가 몇 나노 미터 크기의 분자 모양을 바꿀 수 있다는 것은 놀랍습니다. 그래서 나노 기술은 주방에서 오랜 전통을 가지고 있습니다!
MaxPlanckResearch 4/2003이 현재 게시되었습니다. 76 페이지 분량의 소책자는 막스 플랑크 소사이어티 기관의 흥미롭고 이해하기 쉬운 보고서를 제공합니다. 이 문제의 초점은 "Optical Horizons"에 있습니다. 현미경은 400 년이 지났지 만 아직 지치지 않았습니다. 오늘날 과학자들이 가장 작고 가장 작은 세계로 여행하는 데 사용하는 독창적 인 방법과 그 과정에서 그들이 얻는 환상적인 통찰력을 경험하십시오. 에세이는 "얼마나 많은 두뇌가 지능을 필요로 하는가?"라는 질문을 던집니다. 루 브릭 Research & Society ( "Numbers games-Illusions of surety")는 사고 오류와 오판의 원인을 조사하고 직접적인 지식은 효과 모델에 전념합니다. 환경 화학 물질의. 잡지의 추가 기사 : "The great communicator"(Konrad Lorenz 탄생 100 주년 기념) 및 "SUSY with Benedictines"(Maria Laach 수도원에서 물리학 자들의 특이한 만남).
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관련된 링크들:
[1] MaxPlanckResearch 인터넷 : http://www.mpg.de/
원작 :
N. Lee, TA Vilgis-단일 사슬 힘 분광법-HP 단백질 모델 시퀀스 읽기-Eur. Phys. J. B 28, 415 (2002)
N. Lee, TA Vilgis-패턴 화 된 표면에 소수성 극성 모델 단백질의 우선 흡착-Phys. Rev E 67, 050901 (2003)
E. Jarkova, N. Lee, TA Vilgis-반응성 양친 매성 겔의 팽창 거동-J. Chem. Phys. 119, 3541 (2003)
출처 : 마인츠 [mpg]
