[ad_1]
Предоставлено: Технологический институт Токио.
Циркадные ритмы — это естественные внутренние колебания, которые синхронизируют поведение и физиологические процессы организма с окружающей средой. Эти ритмы обычно имеют период 24 часа и регулируются внутренними химическими часами, которые реагируют на сигналы извне тела, такие как свет.
Несмотря на то, что циркадные ритмы хорошо изучены у животных, растений и бактерий, все они имеют одно загадочное свойство: температура не оказывает существенного влияния на период колебаний, даже несмотря на то, что скорость большинства биохимических реакций изменяется экспоненциально с температурой. Это ясно указывает на то, что действует какой-то механизм температурной компенсации. Интересно, что некоторым ученым удалось воспроизвести такие температурно-инвариантные качества в некоторых колеблющихся химических реакциях. Однако эти реакции часто вызывают затруднения и требуют чрезвычайно точной настройки реагирующих химических веществ.
Но что, если бы существовал более простой способ добиться температурной компенсации в осциллирующей химической реакции? В недавнем исследовании, опубликованном в Научные отчетыгруппа исследователей, в которую входил доцент Юхей Ямада из Токийского технологического института (Tokyo Tech), Япония, предложила умную идею механизма температурной компенсации с использованием реакции, называемой колебательной реакцией Белоусова-Жаботинского (BZ).
Снимки колебаний геля BZ. В правом верхнем углу показана метка времени. Кредит: Научные отчеты (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-27014-z
Ключ к их подходу заключается в мягких, чувствительных к температуре гелях, изготовленных из поли(N-изопропилакриламида), или сокращенно PNIPAAm, в которых может происходить реакция BZ. Эти гели состоят из полимерных нитей, способных вместить определенный объем растворителя. Однако, поскольку эти гели сжимаются при повышении температуры, количество растворителя, содержащегося в геле, уменьшается при повышении температуры.
Исследователи использовали это свойство гелей PNIPAAm, добавляя сайты рутения (Ru) на составляющие его полимеры. Периодический характер конкретной реакции BZ, которую изучали исследователи, частично зависит от возвратно-поступательного окисления и восстановления ионов рутения (Ru). Таким образом, на скорость этой реакции влияют относительные концентрации растворителя и Ru. Поскольку гели PNIPAAm могут вмещать меньше растворителя при усадке, относительная концентрация Ru в гелях увеличивается с температурой.
Как продемонстрировала исследовательская группа с помощью экспериментальных измерений и тщательного математического анализа, вышеупомянутые эффекты в совокупности образуют механизм температурной компенсации, который делает период реакции BZ не зависящим от изменений температуры. «Приготовленные гели BZ продемонстрировали температурную компенсацию, как и циркадные ритмы, наблюдаемые в живых организмах», — отмечает Ямада.
Схематическое изображение чувствительных к гермосу гелей BZ. (а) Температурная зависимость объема и объемной доли геля. (б) Сеть химических реакций реакции BZ. Кредит: Научные отчеты (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-27014-z
В целом, это исследование демонстрирует совершенно новый способ температурной компенсации в искусственных биологических часах, основанный на периодических реакциях. Любопытно, что подобные механизмы температурной компенсации, использующие чувствительные к температуре мягкие тела, существуют даже в биологических системах в природе, как объясняет Ямада: «Наше исследование показывает, что температурная компенсация может быть естественно самоподдерживающейся посредством выходной системы циркадного механизма. может объяснить, почему температурная компенсация является универсальным свойством циркадных ритмов, наблюдаемых у животных, растений и бактерий, независимо от задействованных молекулярных видов».
Дополнительная информация:
Юхей Ямада и др., Искусственные температурно-компенсированные биологические часы с использованием термочувствительных гелей Белоусова-Жаботинского, Научные отчеты (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-27014-z
Предоставлено Токийским технологическим институтом
Цитата: Имитация загадочного свойства циркадных ритмов с помощью искусственных химических часов (2023 г., 24 января), получено 24 января 2023 г. с https://phys.org/news/2023-01-mimicking-enigmatic-property-circadian-rhythms.html.
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
[ad_2]
Source link
