Топология областей существования метастабильных состояний в бинарных системах
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
биологии - как надмолекулярные комплексы и клеточные органеллы (функциональные блоки).
В последние несколько десятилетий из этих представлений сформировалась новая междиiиплинарная область знаний (ее назывыают нанотехнологией), предметом исследований которой является материя в наносостоянии. Эта область вобрала в себя представления химии, физики, биологии, материаловедения и направлена на изучение свойств и механизмов структурообразования и самоорганизации неорганических, органических, гибридных органико-неорганических, а также биологических наноразмерных объектов.
Примером могут быть биологические системы, являющиеся наиболее наглядным воплощением наноструктур, где происходит воспроизведение генетической информации, ферментативные реакции, передача сигналов в гормональной и нервной системах, иммунный ответ, удаление продуктов жизнедеятельности. Чтобы малые биологически активные объекты связывались между собой прочнее, чем с другими элементами окружения, между ними должно быть очень хорошее пространственное и энергетическое соответствие.
Несмотря на наличие очень большого массива данных о нанообъектах, до сих пор не рассмотрен вопрос о природе сил и процессов, поддерживающих генерацию и функционирование нанообъектов.
Повышенный интерес к нанообъектам обусловлен их своеобразными физическими и химическими свойствами, которых нет у более крупных образований. С уменьшением размеров частицы растет относительное содержание поверхностных атомов/молекул в ее составе. Вследствие этого увеличивается доля поверхностной энергии в ее химическом потенциале и возрастает роль поверхностных эффектов. Происходит качественное изменение электронных, оптических характеристик наночастицы, ее реакционной способности (размерные эффекты).
Под размерными эффектами понимают явление, выражающееся в качественном изменении физико-химических свойств и реакционной способности в зависимости от количества атомов или молекул в частице вещества. Обычные представления химии, включающие понятия состав - свойства, структура - функция, дополняются понятиями размера (или количества составляющих частиц) и самоорганизации.
Современные тенденции изучения наноразмерных частиц в физике, химии, биологии позволяют утверждать, что наука и техника нынешнего века будут в значительной мере иметь дело с нанообъектами и нанопроцессами.
В основной круг задач нанотехнологии входит разработка эффективных методов получения новых наноструктурированных материалов и систем, в том числе функциональных наноструктур, перспективы применения которых простираются в различные области - от электроники и катализа до биомедицины и генной инженерии .
Все методы синтеза наноструктур принципиально подразделяются на два основных направления:
путем соединения отдельных атомов/молекул, или подход снизу (bottom-up),
и путем дробления, диспергирования, или подход сверху (top-down).
Такое деление достаточно условно, и получение наноматериалов с определенными свойствами, как правило, достигается при сочетании операций, например, диспергирования-агрегации.
Путем варьирования морфологии наночастиц (размер, форма, состав, соотношение ядро-оболочка, расположение частиц в матрице), можно в достаточной степени влиять на их характеристики, внося тем самым управляемость в процесс создания нанообъектов с заданными свойствами.
Дальнейшее развитие методов получения ансамблей исходных элементов (нанообъектов) позволяет создавать системы более высокого уровня - наноматериалы и нанокомпозиты.
Одним из наиболее вероятных претендентов на роль инструмента самосборки полинуклеотидов и сопряженных с ними структур являются рибонуклеиновые кислоты (РНК). Они воплощают в себе все основные биологические функции, существенные для поддержания текущего обмена веществ, развития и размножения биологических объектов [1]. Будучи полимерами, они используют для реализации своих функций:
свойства, присущие только полимерам (способность образовывать пространственную структуру в растворах, матричные свойства, ферментативные свойства, сигнальные свойства в отношении рецепторов и др.);
способность образовывать надмолекулярные комплексы с пептидами, полисахаридами и липидными мембранами;
комбинации нуклеотидов (кодоны, праймеры, участки распознавания);
отдельные нуклеотиды в полимерной структуре, которые могут быть для этого модифицированы (миноры тРНК, кэп иРНК).
Состав рибонуклеиновых кислот позволяет им в значительной степени изменять свою пространственную структуру под действием физико-химических факторов (рН, температура, ионный состав растворов, детергенты, давление и др.), ферментов, комплементарных последовательностей и других элементов клетки. Претерпевая значительные изменения структуры, РНК, тем не менее, способны принять необходимое состояние, чтобы выполнить свои функции с необходимой скоростью и специфичностью.
Выполняя в клетке множество самых разных функций, рибонуклеиновые кислоты представлены небольшим числом форм, отличающихся, прежде всего, размером. Большие и средние РНК (рибосомальные, информационные и транспортные) имеют четко определенные роли в обмене веществ, а функции коротких РНК сосредоточены преимущественно в области регуляции активности генома самой клетки, а также ее паразитов или симбионтов [2, 3]. Особое положение занимают рибозимы, участки вновь синтез