Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Jak zmierzyć temperaturę wewnątrz komórek, które są tak małe, że na główce szpilki zmieściłoby się ich aż 60 tysięcy? Zastosować nanotermometry w postaci kropek kwantowych.

Haw Yang z Princeton University i Liwei Lin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opowiedzieli o swoich osiągnięciach na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. Zastosowaliśmy nanotermometry. Są to kropki kwantowe, czyli półprzewodnikowe kryształy wystarczająco małe, by dostać się do pojedynczej komórki, gdzie zmieniają barwę pod wpływem zmiany temperatury. Wykorzystaliśmy kropki kwantowe kadmu i selenu, które emitują odpowiadające temperaturze światło o różnym kolorze (fale o różnej długości). Dzięki naszym przyrządom odnotowujemy zmiany barw – wyjaśnia Yang.

Naukowcy podkreślają, że o tym, co dzieje się we wnętrzu komórek, wiemy zadziwiająco mało. Tymczasem kiedy ktoś myśli o chemii, temperatura jest jednym z najważniejszych czynników fizycznych, które mogą się zmienić pod wpływem reakcji chemicznej. Panowie postanowili uzupełnić luki w wiedzy i zmierzyć temperaturę życia (i śmierci).

Specjaliści od jakiegoś już czasu podejrzewali, że temperatura wewnątrz komórek jest zmienna. Powodów należy upatrywać choćby w przebiegających nieustannie reakcjach biochemicznych. W wyniku części z nich powstają energia i ciepło. Ponieważ niektóre komórki są bardziej aktywne od innych, niezużyta energia jest rozpraszana jako ciepło. Gorętsze bywają także pewne rejony komórek. Yang i Lin wskazują na okolice w pobliżu centrów energetycznych – mitochondriów.

Amerykanie zorientowali się, że tak właśnie jest, wprowadzając kropki kwantowe do hodowanych w laboratorium mysich komórek. Między poszczególnymi częściami komórek odkryli różnice rzędu kilku stopni Fahrenheita: niektóre były chłodniejsze, a niektóre cieplejsze od reszty. Na razie pomiary dokonywane za pomocą nanotermometrów nie są na tyle dokładne, by podać konkretne wartości liczbowe.

Yang tłumaczy, że zmiany temperatury komórek wpływają na cały organizm, np. na stan zdrowia. Wzrost temperatury wewnątrz komórki może przecież oddziaływać na funkcjonowanie DNA, a więc genów, a także różnego rodzaju białek. Przy zbyt wysokich temperaturach niektóre proteiny ulegają denaturacji. Biolog z Princeton University podejrzewa nawet, że komórki wykorzystują zmiany temperatury do komunikacji.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Komórki wytwarzają wiele różnych związków i kompleksów, które mogą zajmować aż do 40% jej wnętrza. Z tego powodu wnętrze komórki jest niezwykle zatłoczonym środowiskiem, w którym charakteryzacja reakcji biochemicznych jest skomplikowana i złożona, pomimo ogromnego postępu nauki. Dlatego naukowcy zazwyczaj używają obojętnych chemicznie molekuł takich jak niejonowe polimery, aby naśladować naturę w probówce i poza komórką tworzyć zatłoczenie odpowiadającemu temu w naturze.
      Jak się jednak okazuje te powszechnie uważane za obojętne dla reakcji biochemicznych związki mogą kompleksować jony. A ponieważ równowaga wielu reakcji biochemicznych zależnych jest od stężenia jonów, jest to szczególnie istotne. Ostatnio, badacze z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk z grupy prof. Roberta Hołysta przedstawili badania przybliżające nas do zrozumienia 1000-krotnych zmian w stałych równowagi tworzenia się kompleksu biochemicznego, gdy zachodzi ona w bardzo zatłoczonym środowisku. Przyjrzyjmy się ich badaniom.
      Nasze ciało składa się z trylionów komórek bezustannie współpracujących ze sobą i pełniącymi różne funkcje. Co więcej, nasz organizm w każdej sekundzie wykonuje miliardy zawiłych operacji, a my nawet ich nie zauważamy. Reakcje przebiegające we wnętrzu pojedynczej komórki, a zwłaszcza specyficzne interakcje między indywidualnymi cząsteczkami bardzo często zależą od stężenia jonów w danym miejscu. Wiele reakcji jest szczególnie wrażliwych na zmiany siły jonowej, dlatego równowaga tworzenia się wielu kompleksów biochemicznych (np. kompleksów białko-białko, białko-RNA czy tworzenie się podwójnej nici DNA) może się istotnie zmieniać w zależności od dostępności jonów.
      Sprawę ponad to komplikuje fakt, złożona budowa komórek ludzkich. Przyjrzyjmy się bliżej cytoplazmie wewnątrz komórki. Można ją porównać do basenu pełnego pływających w nim obiektów o różnych rozmiarach i kształtach takie jak rybosomy, małe cząsteczki, białka lub kompleksy białko-RNA, nitkowate składniki cytoszkieletu, i organelle np. mitochondria, lizosomy, jądro itd. Wszystko to sprawia, że lepka, galaretowata struktura cytoplazmy jest bardzo złożonym i zatłoczonym środowiskiem. W takich warunkach każdy parametr, a w szczególności siła jonowa i pH może znacząco wpłynąć na przebieg reakcji biochemicznych. Jednym z mechanizmów utrzymywania równowagi jonowej w komórce są pompy sodowo-potasowe znajdujące się w błonie komórkowej prawie każdej ludzkiej komórki, które to są wspólną cechą dla całego życia komórkowego.
      Wspomniane zatłoczone środowisko jest często odtwarzane sztucznie, aby zrozumieć reakcje biochemiczne zachodzące wewnątrz żywych komórek. Jako modelu cytoplazmy komórki in vitro zazwyczaj używa się roztworów związków niejonowych w dużych stężeniach (∼40–50% masowego). Najczęstszymi molekułami wykorzystywanymi w tym celu są polietylen, glikol etylenowy, glicerol, fikol, oraz dekstrany. Powyższe cząsteczki uważane są powszechnie za chemicznie nieaktywne.
      Zaskakujące wyniki w tej dziedzinie zaprezentowali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Wykorzystali oni hybrydyzację oligonukleotydów DNA jako modelową, bardzo wrażliwą na stężenie jonów, reakcję biochemiczną. Stabilność tworzenia kompleksu badano w obecności różnych związków chemicznych zwiększających zatłoczenie w środowisku prowadzonych reakcji oraz w funkcji siły jonowej.
      Stężenie jonów w roztworze opisywane jest siłą jonową, która określa efektywną odległość elektrostatycznego odpychania między poszczególnymi cząsteczkami. Dlatego też sprawdziliśmy wpływ siły jonowej na hybrydyzację DNA – zauważa Krzysztof Bielec, pierwszy autor artykułu opisującego odkrycie grupy badawczej.
      Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że interakcje między cząsteczkami są wzmacniane przy wyższym stężeniu soli oraz że dodatek polimerów zwiększających zatłoczenie i tym samym lepkość środowiska reakcyjnego także wpływa na dynamikę procesów biochemicznych utrudniając tworzenie kompleksów.
      Krzysztof Bielec komentuje: Najpierw sprawdziliśmy wpływ zatłoczenia w środowisku reakcyjnym na stałą równowagi hybrydyzacji DNA. Tworzenie dwuniciowego szkieletu DNA bazuje na oddziaływaniu elektrostatycznym między dwiema ujemnie naładowanymi nićmi. Monitorowaliśmy wpływ zatłoczonego środowiska na hybrydyzację komplementarnych nici o stężeniu nanomolowym charakterystycznym dla wielu reakcji biochemicznych w komórce. Następnie określiliśmy kompleksowanie jonów sodu w zależności od zatłoczenia. Miejsce wiązania kationu w strukturze związku zwiększającego lepkość może różnić się nawet pomiędzy cząsteczkami zawierającymi te same grupy funkcyjne. Dlatego obliczyliśmy oddziaływanie z poszczególnymi cząsteczkami w przeliczeniu na monomer i polimer upraszczając interakcje między jonami a cząsteczkami typu przeszkoda zwiększająca lepkość.
      Ku zaskoczeniu badaczy, okazało się, że powszechnie uważane za niereaktywne niejonowe polimery używane do naśladowania warunków panujących w cytoplazmie mogą kompleksować (niejako podkradać) jony niezbędne do efektywnej hybrydyzacji DNA.
      Pomimo, że nie jest to dominująca interakcja pomiędzy tymi polimerami a jonami to, gdy stosuje się ogromne stężenie polimerów (kilkadziesiąt procent masy roztworu) efekt jest znaczący.
      Określając stabilność kompleksów powstających w obecności konkretnych związków zwiększających zatłoczenie w badanym środowisku reakcyjnym autorzy badania wykazali wpływ jonów na poziomie molekularnym zbliżając nas do lepszego naśladowania warunków panujących w naturze.
      Wyniki tych eksperymentów rzucają światło na wyjaśnianie zjawisk otrzymywane dotychczas za pomocą wspomnianych systemów polimerowych oraz skłaniają do rewizji mechanizmów zachodzących w komórce, jeśli badane były środowiskach otrzymywanych sztucznie.
      Dzięki wynikom przedstawionym przez naukowców z IChF PAN jesteśmy o krok bliżej zrozumienia poszczególnych procesów molekularnych zachodzących wewnątrz komórek. Szczegółowy opis jest niezwykle ważny w wielu dziedzinach jak na przykład przy projektowaniu nowych leków, zwłaszcza w przewidywaniu konkretnych procesów zachodzących w komórkach podczas leczenia. Może być również pomocny w precyzyjnym planowaniu eksperymentów in vitro. Praca badaczy z IChF PAN została opublikowana w The Journal of Physical Chemistry Letters

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizyk James Franson z University of Maryland opublikował w recenzowanym Journal of Physics artykuł, w którym twierdzi, że prędkość światła w próżni jest mniejsza niż sądzimy. Obecnie przyjmuje się, że w światło w próżni podróżuje ze stałą prędkością wynoszącą 299.792.458 metrów na sekundę. To niezwykle ważna wartość w nauce, gdyż odnosimy do niej wiele pomiarów dokonywanych w przestrzeni kosmicznej.
      Tymczasem Franson, opierając się na obserwacjach dotyczących supernowej SN 1987A uważa, że światło może podróżować wolniej.
      Jak wiadomo, z eksplozji SN 1987A dotarły do nas neutrina i fotony. Neutrina przybyły o kilka godzin wcześniej. Dotychczas wyjaśniano to faktem, że do emisji neutrin mogło dojść wcześniej, ponadto mają one ułatwione zadanie, gdyż cała przestrzeń jest praktycznie dla nich przezroczysta. Jednak Franson zastanawia się, czy światło nie przybyło później po prostu dlatego, że porusza się coraz wolniej. Do spowolnienia może, jego zdaniem, dochodzić wskutek zjawiska polaryzacji próżni. Wówczas to foton, na bardzo krótki czas, rozdziela się na pozyton i elektron, które ponownie łączą się w foton. Zmiana fotonu w parę cząstek i ich ponowna rekombinacja mogą, jak sądzi uczony, wywoływać zmiany w oddziaływaniu grawitacyjnym pomiędzy parami cząstek i przyczyniać się do spowolnienia ich ruchu. To spowolnienie jest niemal niezauważalne, jednak gdy w grę wchodzą olbrzymie odległości, liczone w setkach tysięcy lat świetlnych – a tak było w przypadku SN 1987A – do polaryzacji próżni może dojść wiele razy. Na tyle dużo, by opóźnić fotony o wspomniane kilka godzin.
      Jeśli Franson ma rację, to różnica taka będzie tym większa, im dalej od Ziemi położony jest badany obiekt. Na przykład w przypadku galaktyki Messier 81 znajdującej się od nas w odległości 12 milionów lat świetlnych światło może przybyć o 2 tygodnie później niż wynika z obecnych obliczeń.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wiele trapiących nas chorób ma związek z nieprawidłowo działającymi komórkami. Być może udało by się je skuteczniej leczyć, ale najpierw naukowcy muszą szczegółowo poznać budowę i funkcjonowanie komórek. Dzięki połączeniu sztucznej inteligencji oraz technik mikroskopowych i biochemicznych uczeni z Wydziału Medycyny Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) dokonali ważnego kroku w kierunku zrozumienia komórek ludzkiego organizmu.
      Dzięki mikroskopom możemy dojrzeć struktury komórkowe wielkości pojedynczych mikrometrów. Z kolei techniki biochemiczne, w których wykorzystuje się pojedyncze proteiny, pozwalają na badanie struktur wielkości nanometrów, czyli 1/1000 mikrometra. Jednak poważnym problemem w naukach biologicznych jest uzupełnienie wiedzy o tym, co znajduje się w komórce pomiędzy skalą mikro- a nano-. Okazuje się, że można to zrobić za pomocą sztucznej inteligencji. Wykorzystując dane z wielu różnych źródeł możemy ją poprosić o ułożenie wszystkiego w kompletny model komórki, mówi profesor Trey Ideker z UCSD.
      Gdy myślimy o komórce, prawdopodobnie przyjdzie nam do głowy schemat ze szkolnych podręczników do biologii, z jego mitochondrium, jądrem komórkowym i retikulum endoplazmatycznym. Jednak czy jest to pełny obraz? Zdecydowanie nie. Naukowcy od dawna zdawali sobie sprawę z tego, że więcej nie wiemy niż wiemy. Teraz w końcu możemy przyjrzeć się komórce dokładniej, dodaje uczony. Ideker i Emma Lundberg ze szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technicznego stali na czele zespołu, który jest autorem najnowszego osiągnięcia.
      Wykorzystana przez naukowców nowatorska technika nosi nazwę MuSIC (Multi-Scale Integrated Cell). Podczas pilotażowych badań MuSIC ujawniła istnienie około 70 struktur obecnych w ludzkich komórkach nerek. Połowa z nich nie była dotychczas znana. Zauważono np. grupę białek tworzących nieznaną strukturę. Po bliższym przyjrzeniu się naukowcy stwierdzili, że wiąże ona RNA. Prawdopodobnie struktura ta bierze udział w splicingu, czyli niezwykle ważnym procesie składania genu.
      Twórcy MuSIC od lat próbowali stworzyć mapę procesów zachodzących w komórkach. Tym, co różni MuSIC od podobnych systemów jest wykorzystanie technik głębokiego uczenia się do stworzenia mapy komórki bezpośrednio z obrazów mikroskopowych. System został wyćwiczony tak, by bazując na dostępnych danych stworzył model komórki. Nie mapuje on specyficznych struktur w konkretnych lokalizacjach, tak jak mamy to w schematach uczonych w szkole, gdyż niekoniecznie zawsze znajdują się one w tym samym miejscu.
      Na razie w ramach badań pilotażowych uczeni opracowali za pomocą MuSIC 661 protein i 1 typ komórki. Następnym celem badań będzie przyjrzenie się całej komórce, a później innym rodzajom komórek, komórkom u różnych ludzi i u różnych gatunków zwierząt. Być może z czasem będziemy w stanie lepiej zrozumieć molekularne podstawy różnych chorób, gdyż będziemy mogli wyłapać różnice pomiędzy zdrowymi a chorymi komórkami, wyjaśnia Ideker.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fototerapia była znana już w starożytnym Egipcie. W pracach Hipokratesa można doszukać się wzmianek na temat leczniczych właściwości światła słonecznego. Dziś leczenie światłem można skutecznie praktykować w gabinetach odnowy biologicznej, salonach masażu czy w zaciszu własnego domu. Jakie są właściwości lampy Bioptron?
      Światło źródłem zdrowia
      Praktyki z udziałem światła słonecznego stosowane w starożytnym Egipcie nie mają co prawda potwierdzenia w formie medycznych dowodów naukowych. Jednak wówczas korzystne działanie promieni słonecznych uznawano za niepodważalny fakt. Dzięki osiągnięciom współczesnej medycyny wiadomo już, że organizm jest w stanie zamienić światło w energię elektrochemiczną. Pozyskana energia aktywuje pasmo reakcji biochemicznych w komórkach, a skutkiem tych zmian jest efekt terapeutyczny.
      Lata badań i spektakularne rezultaty
      Warto nadmienić, że badania nad pozytywnym wpływem promieni słonecznych na organizm od dziesięcioleci prowadzone są na całym świecie. Naukowcy zafascynowani możliwościami światła spolaryzowanego od lat pochylają się nad kluczowymi dla ludzkiego zdrowia projektami.
      Potrzebowano ponad 20 lat szczegółowych badań i doświadczeń, by stworzyć lampę Bioptron. Polichromatyczne światło spolaryzowane stało się głównym obiektem naukowców, którzy po latach badań opracowali rewolucyjny przyrząd, zdolny do leczenia licznych schorzeń. Światło pochodzące z lampy poprawia mikrokrążenie w tkankach, aktywując je do procesów odpornościowych. Urządzenie okazało się przełomowe, co potwierdzają specjaliści licznych gabinetów, w których jest stosowane.
      Zastosowanie lampy Bioptron
      Za główne przeznaczenie lampy uważa się leczenie zmian skórnych i wspomaganie procesu gojenia się ran. Urządzenie bardzo dobrze sprawdzi się także w leczeniu chorób reumatologicznych oraz przy dolegliwościach bólowych kręgosłupa. Lata badań wykazały ponadto, że stosowanie fototerapii przynosi doskonałe rezultaty przeciwdziałając starzeniu się skóry. Lampa szybko znalazła zatem zastosowanie w gabinetach kosmetycznych i klinikach medycyny estetycznej.
      Podkreślając dobroczynne działanie lampy na zmiany skórne, warto skupić się wokół takich schorzeń, jak opryszczka, łuszczyca, atopowe zapalenie skóry czy trądzik młodzieńczy. Regularne stosowanie lampy Bioptron skutecznie regeneruje tkanki podskórne, pomagając wyleczyć odleżyny oraz owrzodzenia.
      Za imponującymi efektami opowiadają się także lekarze specjaliści. Lampa doskonale wspomaga leczenie tkanek miękkich i stanów zapalnych, więc chętnie korzystają z niej ortopedzi oraz reumatolodzy. Polecana jest także przez grono laryngologów jako urządzenie wpierające leczenie zatok czołowych oraz zapalenia zatok obocznych nosa.
      Światło lampy Bioptron zostało opracowane przez szereg specjalistów. Jej działanie jest na tyle bezpieczne, że urządzenie można stosować samodzielnie w domu, jak również z powodzeniem wykorzystywać przy leczeniu problemów skórnych u najmłodszych.
      Partnerem materiału jest MisjaZdrowia.pl – Twoja lampa Zepter Bioptron.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Modulowane kwantowe metapowierzchnie mogą posłużyć do kontrolowania wszystkich właściwości fotonicznego kubitu, uważają naukowcy z Los Alamos National Laboratory (LANL). To przełomowe spostrzeżenie może wpłynąć na rozwój kwantowej komunikacji, informatyki, systemów obrazowania czy pozyskiwania energii. Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.
      Badania nad klasycznymi metapowierzchniami prowadzone są od dawna. My jednak wpadliśmy na pomysł modulowania w czasie i przestrzeni właściwości optycznych kwantowych metapowierzchni. To zaś pozwala na swobodne dowolne manipulowanie pojedynczym fotonem, najmniejszą cząstką światła, mówi Diego Dalvit z grupy Condensed Matter and Complex System w Wydziale Teorii LANL.
      Metapowierzchnie to ultracienkie powierzchnie, pozwalające na manipulowanie światłem w sposób, jaki zwykle nie występuje powierzchnie. Zespół z Los Alamos stworzył metapowierzchnię wyglądającą jak zbiór poobracanych w różne strony krzyży. Krzyżami można manipulować za pomocą laserów lub impulsów elektrycznych. Pojedynczy foton, przepuszczany przez taką metapowierzchnię, wchodzi w stan superpozycji wielu kolorów, stanów, dróg poruszania się, tworząc kwantowy stan splątany. W tym przypadku oznacza to, że foton jest w stanie jednocześnie przybrać wszystkie właściwości.
      Modulując taką metapowierzchnię za pomocą lasera lub impulsu elektrycznego, możemy kontrolować częstotliwość pojedynczego fotonu, zmienać kąt jego odbicia, kierunek jego pola elektrycznego czy jego spin, dodaje Abul Azad z Center for Integrated Nanotechnologies.
      Poprzez manipulowanie tymi właściwościami zyskujemy możliwość zapisywania informacji w fotonach.
      Naukowcy pracują też nad wykorzystaniem modulowanej kwantowej metapowierzchni do pozyskania fotonów z próżni. Kwantowa próżnia nie jest pusta. Pełno w niej wirtualnych fotonów. Za pomocą modulowanej kwantowej metapowierzchni można w sposób efektywny pozyskiwać te fotony i zamieniać je w realne pary fotonów, wyjaśnia Wilton Kort-Kamp.
      Pozyskanie fotonów z próżni i wystrzelenie ich w jednym kierunku, pozwoli uzyskać ciąg w kierunku przeciwnym. Niewykluczone zatem, że w przyszłości uda się wykorzystać ustrukturyzowane światło do generowania mechanicznego ciągu, a wszystko to dzięki metapowierzchniom i niewielkiej ilości energii.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...