Тешка наука и висока кухиња
Молекуларни ресторатери жонглирају са протеинима и полимерима / објављено ново истраживање Макса Планка
Физичар са Института Макс Планк за истраживање полимера у Мајнцу елегантно комбинује своја истраживања меке материје са кувањем као науком. За "молекуларног гастронома" Томаса А. Вилгиса, кухиња стога постаје лабораторија. Најновије издање МакПланцкРесеарцх (4/2003) посетило је Вилгиса и описује шта се дешава када се „тврда наука” сусреће са „високом кухињом”.Зашто месо постаје мекано када се кува, али постаје жилаво када се предуго загрева? Шта се дешава када умутите беланца или разбистрите путер? Научници који себе називају "молекуларним гастрономима" баве се таквим питањима о хемији и физици печења, сосова или пудинга. Тхомас Вилгис је један од њих. Његов стални посао на Институту Макс Планк за истраживање полимера у Мајнцу је истраживање својстава полимера, биополимера и сложених материјала које они могу да изграде.
Слика 1: Микроскопска слика беланаца јасно показује да су зидови ваздушних мехурића структурирани попут сендвича: површински активни протеински слојеви су у директном контакту са ваздухом, а између њих је уграђена водена фаза.
Слика: МПИ за истраживање полимера
Емулзије, суспензије, пене, гелови, биолошке мембране или влакна састоје се од веома великих молекула. Ови молекули, често полимери, реагују на многим скалама величине, у распону од нанометара (милијардиних делова метра) до микро- или чак милиметара. Ово свим овим материјалима даје сложена и истовремено карактеристична својства. Због тога их научници данас групишу под генеричким термином „мека материја“, што представља разнолико и веома динамично поље истраживања. Мека материја укључује све биолошке материјале - осим биоминерала у костима и зубима - па самим тим и све што једемо.
Занимљив приступ кувању, на пример, долази из перспективе протеина, односно протеина. Ови биополимери су велики молекули састављени од хиљада атома. У живим организмима они играју централну улогу у практично свим биохемијским процесима. Одлучујући фактор овде је то што ови молекули могу да промене свој облик - а тиме и своју биолошку функцију: неки протеини могу да прелазе између пресавијеног облика налик на листове и спиралне спирале. Према тренутним сазнањима, такви процеси чак покрећу болести мозга као што је БСЕ.
Слика 2: Поглед на облик делимично „неумотаног“ протеинског модела молекула при различитим увећањима. Лево: Највеће увећање приказује примарну структуру са појединачним атомима удаљеним само 0,1 до 0,2 нанометра (милијардиним деловима метра). Овде можете видети аминокиселине које се повезују као основне грађевне блокове за формирање протеина. Функција протеина и његова секундарна структура (средина) зависе од њиховог редоследа: Ово се може састојати од различитих елемената као што су спирале или пресавијене структуре листа. Секундарна структура се на крају петља у глобуларну, сферичну терцијарну структуру комплетног молекула, који је биолошки активан (десно).
Слика: Хелмут Рохрер
Тхомас А. Вилгис и његов тим развијају нове математичке моделе како би боље разумели како антитела и ензими функционишу, на пример. Као катализатори, ензими убрзавају биохемијске реакције у организму, што пре свега омогућава многе животне функције. Међутим, одређени ензими такође могу помоћи у кувању, на пример као „омекшивачи меса“. Да би биолошко ткиво било чврсто и истовремено еластично, кроз њега пролазе колагена влакна. Ова биополимерна влакна се састоје од веома стабилне молекуларне троструке спирале - али то чини сирово месо чврстим. Загревање или деловање одређених ензима, на пример из сока свежег ананаса или смокава, може да трансформише колаген: троструке спирале се растварају и полимери се повезују да формирају лабаву просторну мрежу. Ово ствара гел и месо постаје мекано.
Кухиња нуди разне сложене материјале - а тиме и обиље хране за научну радозналост молекуларних ресторатера. Интерфејси су, на пример, од великог интереса: у храни се обично састоје од слоја наређених протеина дебљине само неколико нанометара. Такви слојеви могу, на пример, да повежу капљице воде и масти које би се иначе одбијале. Ово ствара емулзије попут млека и путера. Молекуларни интерфејси такође дају мехурићима ваздуха у пени довољну стабилност. Да би се то урадило, молекули протеина, који се налазе у облику куглица у беланцу, морају се прво „одмотати“: то се ради мућењем метлицом. Провидно беланце постаје непрозирно беланце. Измењени молекули протеина сада могу да затворе молекуле воде јајета у фине мембране налик сендвичу. Ове мембране формирају стабилну љуску око ваздушних мехурића у пени од јаја. Невероватно је да уређај груб као метлица може да промени облик молекула величине само неколико нанометара. Дакле, нанотехнологија има дугу традицију у кухињи!
МакПланцкРесеарцх 4/2003 је сада објављен. Књижица од 76 страница пружа узбудљиве и разумљиве извештаје института Друштва Макс Планк. Ово издање се фокусира на "оптичке хоризонте": микроскоп је стар 400 година - и још увек није исцрпљен. Искусите софистициране методе са којима научници данас путују у свет најмањих и веома малих и до каквих фантастичних увида стичу у том процесу. У есеју се поставља питање „Колико мозга треба интелигенцији?“, одељак Истраживање и друштво („Игре бројева – илузије извесности“) открива узроке грешака у расуђивању и погрешним проценама, а сазнање из прве руке је посвећен моделима дејства хемикалија животне средине. Остали чланци у броју: „Велики комуникатор” (за 100. рођендан Конрада Лоренца) и „СУСИ са бенедиктинцима” (необичан сусрет физичара у манастиру Марија Лах).
МакПланцкРесеарцх се објављује четири пута годишње. На научни часопис можете се претплатити у прес-канцеларији Друштва Макс Планк или путем нашег веб обрасца. Претплата је бесплатна.
Вервандте везе:
[1] Истраживање Макса Планка на интернету: http://www.mpg.de/
Оригинално издање:
Н. Лее, ТА Вилгис - Спектроскопија једноланчане силе - читање секвенце ХП протеинских модела - Еур. Пхис. Ј.Б 28, 415 (2002)
Н. Лее, ТА Вилгис - Преференцијална адсорпција хидрофобно-поларних моделних протеина на узоркованим површинама - Пхис. Рев Е 67, 050901 (2003)
Е. Јаркова, Н. Лее, ТА Вилгис - Понашање бубрења одговорних амфифилних гелова - Ј. Цхем. Пхис. 119, 3541 (2003)
Извор: Мајнц [ мпг ]
