Naturens elektronik nanomaskiner

(Phys.org)—Et hold fra Cardiff University's Schools of Biosciences and Physics and Astronomy har gjort et gennembrud i vores forståelse af proteiner - cellens arbejdshestmolekyler og naturens helt egne nanomaskiner.

Gruppen har med succes opdaget elektrisk strøm gennem et enkelt molekyle af et protein, måler kun 5 nanometer lang.

Elektrisk strøm er nøglen i mange naturlige processer, herunder påvisning af lys i øjet, fotosyntese og respiration.

Holdet viste, at proteinet kunne bære store strømme, svarende til et menneskehår, der bærer en amp. Holdet opdagede også, at strømstrømmen kunne reguleres på nogenlunde samme måde som transistorer, de små enheder, der driver computere og smartphones, fungerer, men i mindre skala:Proteinerne er kun en fjerdedel af størrelsen på nuværende siliciumbaserede transistorer.

For at få adgang til denne molekylære information, holdet har været banebrydende i brugen af ​​syntetisk biologi med en teknik kaldet STM (Scanning Tunneling Microscopy), så elektrisk strøm, der flyder gennem et protein, kan måles helt ned til det enkelte individuelle molekyle.

Forud for dette arbejde, måling af millioner, hvis ikke milliarder af proteiner kun var muligt, så man mister afgørende detaljer om, hvordan et individuelt molekyle fungerer.

Dr Jones, School of Biosciences, sagde:"Hvis du træder tilbage og lytter til lyden af ​​en stor menneskemængde, denne lyd er en ophobning af mange individuelle stemmer og samtaler. Det, vi har gjort, er den molekylære ækvivalent til at lytte til individuelle stemmer i mængden.

"Ved at forene vores viden og evne til at manipulere proteiner på molekylært niveau med avancerede tilgange udviklet på Skolen for Fysik og Astronomi og DTU Danmark kan vi undersøge de enkelte komplekse molekyler, der er grundlæggende for alt liv. Transistoradfærden er særlig interessant, men med tiden, det kan være muligt at integrere proteiner med elektroniske komponenter."

Samarbejdspartnere Dr. Martin Elliott og Dr. Emyr Macdonald, School of Physics and Astronomy tilføjede:"Den stærkt ledende karakter af dette protein var en overraskelse, og resultatet rejser spørgsmål om den grundlæggende karakter af elektronoverførsel i proteiner.

"Dette giver et nyt kraftfuldt værktøj til at studere enzymer og andre vigtige biologiske molekyler."

Holdets resultater er blevet offentliggjort som en række artikler i tidsskrifterne Nano Letters, ACS Nano, Lille og nanoskala.

Meget af forskningen blev udført af Eduardo Della Pia under universitetets Richard Whipp Studentship-ordning, designet til at fremme tværfaglig forskning.