Жизнь замечательных устройств

Работа над постижением квазикристаллов началась в марте 1982 года, когда Шехтман с помощью электронного микроскопа получил изображение первых квазикристаллов. Ученый работал с быстроохлажденным сплавом алюминия и марганца состава Al₆Mn. В отличие от привычных изображений кристаллов, рисунок расположения атомов в квазикристалле не повторялся, хотя и являлся периодическим. Первоначально опубликованные результаты Шехтмана показались коллегам по физике и химии твердого тела настолько противоречивыми, что его попросили либо опровергнуть свои выводы, либо покинуть исследовательскую группу, которой он руководил.

Тем не менее, его дальнейшая работа заставила исследователей пересмотреть свои взгляды на природу вещества — было обнаружено, что, хотя в квазикристаллах расположение атомов строго подчиняется математическим законам и правилам, регулярной структуры и наблюдаемого дальнего порядка в них не наблюдается.

Описание квазикристаллов, обнаруженных Шехтманом, подчиняется принципу золотого сечения — эта математическая концепция привлекала внимание еще древнегреческих математиков, поскольку часто появлялась в геометрии. В квазикристаллах расстояние некоторых атомов друг относительно друга также описывается принципом золотого сечения.

На основании открытия Шехтмана исследователям удалось получить новые типы квазикристаллов в лаборатории, а также обнаружить квазикристаллические минералы. Шведские металлурги также нашли квазикристаллические структуры в некоторых образцах стали, в которых они придают материалу большую прочность. В настоящее время исследователи экспериментируют, пытаясь использовать квазикристаллические материалы во многих конструкционных устройствах.

2012. Рецепторы Лефковица и Кобылки

Наше тело может выполнять свои задачи, да и просто поддерживать свою жизнеспособность за счет прекрасно организованного взаимодействия между миллиардами образующих его клеток. Каждая из отдельных клеток обладает крошечными рецепторами, позволяющими ей чувствовать условия окружающей среды и адаптироваться к изменениям в ней.

Лауреатами Нобелевской Премии по химии 2012 года стали Роберт Лефковиц и Брайан Кобылка «…за пионерские открытия, позволяющие определить механизмы работы одного существенного класса таких рецепторов — рецепторов, сопряженных с G-белками…».

Длительное время оставалось загадкой то, как клетки могут чувствовать свое окружение. Исследователям было известно, что гормоны оказывают существенное влияние на организм. Например, адреналин способствует увеличению давления крови и ускорению сокращений сердечной мышцы. Предполагалось, что на поверхности клеток располагаются определенные мишени-рецепторы, способные реагировать с гормонами, однако природа этих рецепторов и механизм их действия оставались покрытыми тайной большую половину XX века.

В 1968 году Лефковиц начал работу по слежению за клеточными рецепторами с помощью введения радиоактивных меток. Он получал гормоны с введенным в них радиоактивным нуклидом йода и, регистрируя излучение, смог найти ряд рецепторов, в том числе и рецептор адреналина — β-адренергический рецептор. Исследователи из его группы смоли выделить рецептор из его убежища в клеточной мембране и выяснить самые основы механизма его действия.

Следующий важный шаг был сделан исследователями в 1980 году. Тогда новичок в группе Лефковица — Кобылка — начал изучение гена, кодирующего синтез β-адренергического рецептора, и достиг успеха. Анализ гена показал определенную схожесть рецептора с одним из рецепторов глаза, на основе чего был сделан вывод о структурном соответствии целого класса рецепторов, имеющих близкое строение и функционирующих по близкому механизму.

В настоящее время это семейство рецепторов получило название «рецепторы, сопряженные с G-белками». Экспрессию таких рецепторов кодируют тысячи различных генов; к этим рецепторам помимо упомянутых относятся обонятельные рецепторы, рецепторы, распознающие допамин, серотонин и гистамин. Механизм действия огромного количества современных лекарственных препаратов так или иначе связан с взаимодействием с рецепторами, сопряженными с G-белками.

Исследования Лефковица и Кобылки являются ключевыми для понимания механизма действия рецепторов, сопряженных с G-белками. Более того, в 2011 году Кобылка добился еще одного прорыва в молекулярной биологии — исследователям из его группы удалось «заснять» рецептор в действии: они зафиксировали, как β-адренергический рецептор активируется гормоном и передает сигналы в клетку.

2013. Многомасштабные модели Карплюса, Левитта и Воршелла