Распутана тайна белков, связанных с диабетом

Распутана тайна белков, связанных с диабетом

Структуры белка амилина, полученные с помощью методов молекулярной динамики.

Большое количество заболеваний, включая диабет, болезни Альцгеймера и Паркинсона связаны с тем, что некоторые полипептиды могут неправильно сворачиваться, агрегируя при этом в фибриллы, которые затем слипаются с образованием белковых бляшек. Новая работа позволила исследователям определить строение интермедиата, который приводит к образованию белковых фибрилл, связанных с возникновением диабета II типа.

Соединения, нарушающие образование такого типа интермедиатов могут в перспективе стать основой для новых способов профилактики этого заболевания, которое в последнее время представляет собой серьезную проблему для здравоохранения.

Диабет II типа описывается как невозможность вырабатывать достаточное для нормального обмена веществ количеств инсулина или же неправильную реакцию организма на инсулин, в результате чего увеличивается концентрация глюкозы в крови, что, в свою очередь, приводит к серьезным проблемам для здоровья.

Полипептид, изученный в группе Мартина Занни (Martin T. Zanni) из Университета Висконсина – человеческий островной амилоидный пептид [human islet amyloid polypeptide (IAPP)] или амилин. Амилин представляет собой гормон, генерируемый поджелудочной железой параллельно с инсулином, обычно этот белок подавляет аппетит человека.

Образование амилиновых бляшек обычно связывают с развитием диабета II типа. Два десятилетия назад исследователи идентифицировали короткий сегмент посередине цепочки амилина, этот сегмент играет важную роль в образовании β-складчатой вторичной структуры, характерной для фибрилл.

Тем не менее, когда в 2007 году Роберт Тико (Robert Tycko) расшифровал структуру амилина с помощью твердотельного ЯМР, он обнаружил, что этот критический для образования β-складчатой структуры является частью домена с неупорядоченной вторичной структурой, как отмечает Занни – это казалось бессмысленным.

Исследователи представляли, что мутация этого сегмента может предотвратить образование фибриллы, однако , казалось, что этот неупорядоченный домен должен мутировать, не влияя при этом на общую структуру фибриллы.

Исследователям из группы Занни удалось решить эту загадку – с помощью двумерной инфракрасной спектроскопии и компьютерного моделирования они изучили β-складчатую структуру фибриллы амилина и обнаружили, что загадочный сегмент амилина образует β-складки при агрегации интермедиата, который образуется при переходе амилина в фибриллы.

Вторичная β-складчатая структура интермедиата отличается от таковой, характерной для фибрилл – по словам Тико, эти результаты исследования оказались для него и других специалистов по строению и свойствам амилина, мягкого говоря, неожиданными. Тико добавляет, что

исследование Занни продемонстрировало возможности двумерной ИК-спектроскопии в изучении систем, способных к формированию амилоидных бляшек – такой метод исследования позволяет использовать меньшее количество образца, а также получать результаты в более быстрой временной шкале по сравнению с твердотельным ЯМР.

Тем не менее, пока еще остается неясным, сколько молекул амилина организуются в β-складчатый интермедиат, пока еще неизвестно. Занни оценивает, что

минимальное количество молекул белка, которые агрегируют, равно пяти, однако не может уточнить, чему равно максимальное количество белков в интемедиате, в то время, как бляшки из амилина содержат уже тысячи пептидных нитей.

Определение структуры интермедиата позволяет определить различную восприимчивость разных биологических видов к диабету.
Источник: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, DOI: 10.1073/pnas.1314481110
http://www.chemport.ru/

Найдены неподвластные магическим числам атомные ядра

Найдены неподвластные магическим числам атомные ядра

Схема экспериментальной установки рисунок: RIKEN.

Физики из Японии, Китая и США обнаружили атомные ядра, форма которых противоречит теоретическим предсказаниям, диктуемым так называемыми «магическими числами». Эксперимент был основан на использовании короткоживущих ядер, получаемых в сложном многостадийном процессе. Подробности со ссылкой на публикацию ученых в Physical Review Letters приводит японский исследовательский институт RIKEN.

Протоны и нейтроны внутри атомного ядра размещаются на уровнях (оболочках) так же, как электроны в атоме. Полностью заполненные оболочки придают ядру свойства, напоминающие свойства атомов инертных газов – они стабильны. Полностью заполненными оболочками обладают ядра с 2, 8, 20, 28, 50, 82 или 126 протонами или нейтронами. Эти числа физики называют «магическими».

Международная группа исследователей установила, что ядра магния-32 (20 нейтронов, период полураспада 85 миллисекунд) и кремния-42 (28 нейтронов, период полураспада около 13 миллисекунд), не подчиняются «магическим» закономерностям.

Исследователи получали короткоживущие изотопы за счет сложной двухуровневой схемы. Они направляли ядра кальция-48 (стабильный изотоп), разогнанные до 0,7 скорости света, на бериллиевую мишень. Часть ядер взаимодействовала с мишенью с образованием осколков, которые сортировали с помощью магнитного поля.

Из множества продуктов реакции выделялись ядра алюминия-39 и кремния-40, которые сами по себе отличались малым временем жизни (около 33 и 7 миллисекунд). Их также разгоняли до 60 процентов от скорости света и облучали ими вторую (углеродную) мишень. Здесь уже рождались интересующие ученых изотопы, причем, из-за избытка энергии, в возбужденном состоянии. Как следствие, такие ядра излучали гамма-кванты, анализ которых и позволил сделать выводы о строении ядра.

По мнению авторов открытия,

говорить о радикальном пересмотре оболочечной модели не приходится. Новые данные просто указывают на то, что деформированных короткоживущих ядер больше, чем считалось ранее. Ученые надеются, что это, в свою очередь, позволит более точно моделировать рождение тяжелых ядер в астрофизических процессах, а также лучше понять характер ядерных сил.

На сегодняшний день открыт вопрос о существовании стабильных сверхтяжелых ядер, так называемого «острова стабильности».

Изучая множество деформированных ядер, ученые могут приблизиться к пониманию правил, позволяющих очертить границы и «острова стабильности».

(no subject)

Эволюция не останавливается даже в неизменной окружающей среде

Результаты 25-летнего эксперимента на кишечных палочках показали, что даже при неизменных условиях окружающей среды организмы не перестают развиваться, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Ричард Ленски (Richard Lenski) из университета штата Мичиган в Ист-Лансинге (США) и его коллеги начали свой эксперимент в 1988 году.

Они поместили 12 идентичных популяций кишечной палочки в пробирки с жидкостью с питательными веществами и 25 миллиграммами глюкозы на литр и стали наблюдать за их эволюцией.

Каждый день ученые переносили по 1% бактерий в новые пробирки. Каждые 75 дней, что соответствует примерно 500 поколениям бактерий, ученые замораживали часть из них в качестве резерва, на случай, если с бактериями что-то случится и если понадобится «отмотать» эволюцию назад и запустить процесс заново с нужного момента.

Исследователи замеряли степень приспособленности бактерий к окружающей среде по тому, насколько быстрее своих предков они размножались. Сначала приспособленность кишечных палочек росла резко, но через некоторое время начала замедляться. К настоящему моменту она выросла на 70%. Приспособленность всех 12 линий бактерий выросла примерно одинаково, хотя эволюционные пути у них были разными. Так, у половины линий появились дефекты в механизме починки ДНК, однако вместо того, чтобы вымереть, они стали мутировать быстрее, чем их сородичи.

Интересный результат возник на третьем году эксперимента, когда сменилось 6,5 тысячи поколений бактерий. В одной из пробирок появились два разных типа кишечных палочек. Бактерии одного типа образовывали колонии, состоящие из относительно мелких клеток, а другого — колонии, состоящие из больших клеток. Ленски ждал, что либо один из типов бактерий вытеснит другой, либо они оба будут вытеснены каким-то третьим типом. Однако в пробирке сохранились оба типа бактерий, образовавшие экосистему, взаимодействие в которой позволяло выживать обоим.

В начале 2000-х Ленски увлекся возможностями компьютерного симулирования эволюционных процессов и чуть было не забросил эксперимент с бактериями. Однако он все же не сделал этого, и в январе 2003 года они преподнесли исследователям новый сюрприз.

Новый вид

Однажды Ленски и его коллеги обнаружили, что жидкость в одной из пробирок помутнела. Ученые предположили загрязнение и заменили популяцию ее последним замороженным образцом. Через три недели жидкость снова помутнела. На этот раз исследователи более пристально изучили эту популяцию и обнаружили, что бактерии выработали новый способ питания.

Вместо того, чтобы потреблять глюкозу, которой в растворе не так уж много, они перешли на цитраты (соли и эфиры лимонной кислоты). Это позволило им заселить пробирку гораздо плотнее, чем другим бактериям.

«Отматывая» эволюцию назад при помощи замороженных образцов, ученые установили, что способность питаться цитратами развивали несколько поколений, непосредственно предшествовавших появлению любителей цитратов. Это доказывает, что к появлению бактерий, питающихся цитратами, привела цепочка из нескольких мутаций, а не какое-то одно генетическое изменение.

Свои результаты Ленски и его коллеги представили научному сообществу в 2008 году. Они полагают, что бактерий-любителей цитратов можно считать новым видом.

Бесконечная эволюция

Принято считать, что, когда организмы попадают в новую среду, они сначала быстро приспосабливаются к ней, а когда им это удается, развитие останавливается. Последние результаты Ленски и его коллег опровергают эту точку зрения.

Ученые измерили приспособленность всех 12 бактериальных популяций в 41 точке их эволюционного пути. Ученые обнаружили, что

пика своей приспособленности бактерии достигли примерно на 10-тысячном поколении, через 5 лет после начала эксперимента. Однако и сейчас, спустя 50 тысяч поколений, их развитие хоть и замедлилось, но не прекратилось совсем.

«Понятие пика приспособленности оказалось более эфемерным, чем я думал. Я думаю, приспособленность организмов может продолжать расти в течение миллионов лет», — пояснил Ленски.

Таким образом, ученые показали, что

эволюция живых организмов не прекращается, даже если условия окружающей среды не изменяются.

Ленски не собирается прекращать свой эксперимент.

«Становится все более и более очевидным, что краткосрочных экспериментов недостаточно. Каждой микробиологической лаборатории с достаточным количеством людей стоит задуматься о том, чтобы провести 20-тилетний эксперимент», — считает он.

Ученые нашли недостающий элемент, который помог создать модели эволюции галактик

Ученые нашли недостающий элемент, который помог создать модели эволюции галактик

Впервые астрономам удалось создать точную симуляцию эволюции галактик, начиная с момента Большого Взрыва, и заканчивая сегодняшним днем, включив в модели влияние, которое звезды оказывают на галактики, в которых находятся.

Несколько десятков лет астрономы пытались проследить и симулировать эволюцию галактик, смешивая в своих моделях основные физические ингредиенты: гравитацию, газовый состав и эволюцию Вселенной.

Многолетние симуляции показывали, что газ быстро охлаждается и падает в центр галактики. В конечном счете, весь этот газ идет на формирование звезд. Однако наблюдения показывают, что только «10 процентов газа во Вселенной на самом деле используется для формирования звезды. А в очень маленьких, или наоборот, очень больших галактиках эта цифра падает до 1 процента», - говорит астроном Калифорнийского Технологического Института, профессор Филип (Philip Hopkins).

В моделях галактик получалось слишком много звезд и в результате эти галактики весили больше, чем те, которые на самом деле существуют во Вселенной. Все просто: все теории упускали еще одну составляющую: обратная реакция звезд.

Для этого астрономы должны были увидеть, как звезды помогают формировать эволюцию галактик, в которых они находятся. И они обнаружили, что звезды существенно влияют на свое окружение.

Обратная реакция звезд и была тем самым критическим компонентом, который не учитывался или недостаточно учитывался при симулировании эволюции галактик: в моделях ученых галактики в результате всегда весили намного больше, чем в реальности. Вместо того, чтобы искать недостающий компонент, ученые пытались «подогнать» модели под определенные параметры. Они просто-напросто избавлялись от газа, пока их результаты не совпадали с желаемыми, добавляя, например, ветры.

В начале своего жизненного цикла температура звезд очень высока, и они выбрасывают в космическое пространство большое количество излучения. Это излучение нагревает и толкает близлежащий межзвездный газ. Позднее звездные ветры – частицы, которые потоками уходят с поверхности звезд, – так же отталкивают газ, предотвращая формирование звезд поблизости. В конце концов, взрывы сверхновых разгоняют газ до скорости звука, и он уходит, не участвуя в формировании новых звезд в галактике.

Программа Plotagon позволяет делать собственные фильмы, просто написав сценарий

Программа Plotagon позволяет делать собственные фильмы, просто написав сценарий

Часто фильмы не оправдывают наших ожиданий, и мы выходим из кинотеатра недовольные. Что ж, если фильм не нравится, почему бы не сделать свой, тем более что программа Plotagon позволяет написать обычный сценарий, который тут же воплотят виртуальные актёры.

Нет, это ПО далеко не совершенно, но очень забавно. Пока пользователь пишет свой сценарий, программа даёт ему возможность выбрать «актёров» из небольшого списка, а также местность, где всё будет происходить. Автор может указать, каким образом следует произносить конкретную реплику: грустным голосом, весёлым, настороженным и т. д.

В блоге Gizmodo сделали фильм на основе обычного чата; посмотреть, что получилось, можно выше. ПО пока находится на стадии бета-тестирования и свободно для скачивания. В окончательной версии будет больше локаций, персонажей и звуковых эффектов. Но разве можно отказать себе в удовольствии сделать собственный фильм, пусть даже и такой неказистый?

Михаил Карпов

Графеновые суперконденсаторы, готовы к использованию в электрических автомобилях

Графеновые суперконденсаторы, созданные корейскими инженерами, готовы к использованию в электрических автомобилях

Нравится вам это или нет, но эра электрических автомобилей неуклонно приближается. И в настоящее время только одна технология сдерживает прорыв и захват рынка электромобилями, технология аккумулирования электрической энергии. Несмотря на все достижения ученых в этом направлении, большинство электрических и гибридных автомобилей имеют в своей конструкции литий-ионные аккумуляторные батареи, которые имеют свои положительные и отрицательные стороны, и могут обеспечить пробег автомобиля на одном заряде лишь на небольшую дистанцию, достаточную лишь для перемещений в городской черте. Все ведущие мировые автопроизводители понимают эту проблему и занимаются поисками методов увеличения эффективности электрических транспортных средств, что позволит увеличить дальность поездки на одном заряде аккумуляторных батарей.

Одним из направлений повышения эффективности электрических автомобилей является сбор и повторное использование энергии, превращающейся в тепло при торможении автомобиля и при движении автомобиля по неровностям дорожного покрытия. Уже разработаны методы возврата такой энергии, но эффективность ее сбора и повторного использования крайне низка из-за малой скорости работы аккумуляторных батарей. Времена торможения обычно исчисляются секундами и это слишком быстро для аккумуляторных батарей, на зарядку которых требуются часы времени. Поэтому для аккумулирования "быстрой" энергии требуются другие подходы и аккумулирующие устройства, на роль которых больше всего походят конденсаторы большой емкости, так называемые суперконденсаторы.

К сожалению, суперконденсаторы, еще недавно, не готовы были выйти на "большую дорогу", несмотря на то, что они способны быстро заряжаться и разряжаться, их емкость пока относительно низка. Помимо этого, надежность суперконденсаторов также оставляет желать лучшего, материалы, используемые в электродах суперконденсаторов, постоянно разрушаются в результате многократных циклов заряда-разрядки. А это вряд ли допустимо с учетом того, что за всю жизнь электрического автомобиля количество циклов работы суперконденсаторов должно составить много миллионов раз.

У Сэнтэкумэра Кэннэппэна (Santhakumar Kannappan) и у группы его коллег из Института науки и техники, Кванджу, Корея, имеется решение вышеописанной проблемы, основой которого является один из наиболее удивительных материалов современности - графен. Корейские исследователи разработали и изготовили опытные образцы высокоэффективных суперконденсаторов на основе графена, емкостные параметры которых не уступают параметрам литий-ионных аккумуляторных батарей, но которые способны очень быстро накапливать и отдавать свой электрический заряд. Помимо этого, даже опытные образцы графеновых суперконденсаторов способны выдержать без потери своих характеристик многие десятки тысяч рабочих циклов.

Уловка, которая позволила добиться столь внушительных показателей, заключается в получении особой формы графена, у которой имеется огромная площадь эффективной поверхности. Исследователи получили такую форму графена, смешав частицы окиси графена с гидразином в воде и размельчив все это с помощью ультразвука. Получившийся графеновый порошок был упакован в дискообразных таблеток и высушен при температуре 140 градусов по шкале Цельсия и при давлении 300 кг/см в течение пяти часов.

Получившийся материал получился очень пористым, у одного грамма такого графенового материала его эффективная площадь соответствует площади баскетбольной площадки. Помимо этого, пористая природа этого материала позволяет ионной электролитической жидкости EBIMF 1 M заполнить полностью весь объем материла, что приводит к увеличению электрической емкости суперконденсатора.

Измерение характеристик опытных суперконднсаторов показали, что их электрическая емкость составляет около 150 Фарад на грамм, плотность хранения энергии составляет 64 ватта на килограмм, а плотность электрического тока равна 5 амперам на грамм. Все эти характеристики сопоставимы с аналогичными характеристиками литий-ионных аккумуляторов, плотность хранения энергии которых составляет от 100 до 200 Ватт на килограмм. Но у этих суперконденсаторов имеется одно огромное преимущество, они могут полностью зарядиться или полностью отдать весь накопленный заряд всего за 16 секунд. И это время является самым быстрым временем заряда-разрядки на сегодняшний день.

Этот набор внушительных характеристик, плюс несложная технология изготовления графеновых суперконденсаторов могут послужить оправданием заявлению исследователей, которые написали, что их "графеновые суперконденсаторные устройства аккумулирования энергии уже прямо сейчас готовы для массового производства и могут появиться в ближайших поколениях электрических автомобилей".

http://www.technologyreview.com/view/521651/graphene-supercapacitors-ready-for-electric-vehicle-energy-storage-say-korean-engineers/