Razboiul stelelor celular

1
Razboiul stelelor celular
2
Primul care a observat celulele a fost Robert
Hooke în anii 1600, contemporan cu
Newton, binecunoscut pentru legea deformarii
elastice.
3
(No Transcript)
4
Exista o varietate uluitoare de forme la nivel
celular. Cu ani în urma oamenii se gândeau sa
faca calatorii într-un submarin microscopic care
patrunde în fluxul sanguin.
5
Astazi nanorobotii pot face asemenea calatorii
fantastice. Singura problema este cum sa îi
construim. Primul lucru ce trebuie sa-l facem
este sa gasim un material din care sa facem
învelisul exterior. Sa folosim un material
plastic ca în imagine? Este prea gros si
rigid. Poate o fulerena C60 ne-ar fi de folos
0
6
Membrana celulara
7
Marile idei ne vin când privim ceva frumos. Rujul
si crema de fata. Din acestea se pot face cele
mai bune învelisuri pentru nanoroboti. De
ce? Pentru ca crema este facuta din mici
învelisuri sferice (vezicule) care contin în
interior substantele utile fetei.
8
Dar de ce nu putem sa folosim direct substantele
utile fetei? De ce mai trebuie sa le introducem
în vezicule? Celulele sunt facute din acelasi
învelis un bistrat fosfolipidic. Iar celulele
accepta usor numai ceea ce este asemenea lor. În
caz contrar, substantele utile sunt declarate
obiecte straine, sistemul imun intra în alerta si
acestea sunt izolate si distruse.
9
Acum daca am gasit materia prima pentru învelisul
nanorobotilor, cum reusim sa asamblam aceste
molecule?
Magia consta în faptul ca se auto-asambleaza
singure. Daca le introducem în apa, capul
hidrofob fuge de apa (energia de interactie cu
apa e pozitiva), iar cel hidrofil este atras de
ea (energia de interactie cu apa e
negativa). Moleculele se auto-organizeaza astfel
ca sa minimizeze energia.
10
Oare auto-asamblarea nu contravine principiului
al III-lea al termodinamicii care spune ca
procesele din natura trebuie sa evolueze spre
stari cu entropie mai mare, adica stari mai
dezordonate? Din imagine vedem ca initial
moleculele de apa sunt mai ordonate decât în
starea finala, prin urmare entropia apei creste
prin auto-asamblare.
11
Moleculele se auto-organizeaza astfel ca sa
minimizeze energia si sa mareasca
entropia. Structura din imaginea a) e
imposibila. În schimb moleculele fosfolipidice
formeaza cilindrii b) sau sfere c) cu capul
hidrofil în exterior. Nanorobotul nostru va avea
antene hidrofile...
c
12
Cât de mare trebuie sa fie nanorobotul nostru
pentru a intra în interiorul celulei. Asa? Nu,
este mult mai mic, precum o nava spatiala fata de
o stea!
13
Dar unde gasim o intrare, o poarta de trecere?
14
Daca ne apropiem suficient de celula vom vedea ca
are niste intrari, canalele ionice. Din pacate
sunt prea mici pentru nanorobot care are 30nm.
Prin canalele ionice pot patrunde numai ionii de
Na si K. Putem vedea cum se închid si se deschid
la anumite intervale. De ce oare?
15
Membrana este ca un condensator cu grosimea
d2nm. Desi tensiunea U10mV este mica, câmpul
electric rezultat este colosal EU/d104-105
V/cm Într-un nor cu descarcari electrice avem un
câmp electric de numai 103 V/cm.
Na
K
Membrana are niste porti care se închid si se
deschid în functie de potentialul aplicat pe
membrana. Aceste porti sunt selective, prin ele
pot trece numai ionii de Na sau numai ionii de K.
Exista multe alte tipuri de porti dar ne oprim
numai la cele numite canale ionice.
16
Canalul ionic de K Potentialul aplicat poae
modifica structura canalul si îl poate închide
sau deschide.
17
Traiectorii ale ionilor de K. Imaginile sunt
luate la intervale de 5 ns.
18
Deschiderea si închiderea succesiva a canalelor
ionice din membrana unui celule nervoase permite
transmiterea unei unde de potential electric si
odata cu ea a unei informatii prin nerv.
19
(No Transcript)
20
A. Initial U-70mV în interiorul celulei. Avem
exces de K si lipsa de Na. B. Canalul ionic se
deschide pentru tensiunea de prag Up -50mV.
Ionii de Na circula pâna ce tensiunea ajunge la
U20mV. În acest moment canalele de sodiu sunt
inactivate de câmp (C.).
21
C. tensiunea scade lent în decurs de
1msec canalul ionic se satureaza cu ioni de
K. În acest moment are loc cresterea brusca a
fluxului de ioni K si tensiunea scade brusc la
U-90mV. D. Canalele de sodiu se activeaza si
tensiunea creste lent în decurs de 1msec la
U-70mV. Canalul revine la starea initiala.
22
Deoarece nanorobotul nu poate patrunde în celula
prin canalele ionice, el ar putea s-o faca daca
se lasa mâncat de celula, proces numit
fagocitoza. La lab. de biologie cu microscopul
optic am vazut cum ameoba îsi prelungeste
pseudopodele, înconjura hrana si o înglobeaza în
interiorul unor vezicule. Dar dupa înglobare,
nanorobotul nostru se întâlneste cu...
Ameoba se observa particulele înglobate
23
Vezicula în care se afla nanorobotul se uneste cu
un lisozom sau se transforma ea însasi într-un
lisozom. Interiorul lisozomului este f. acid
precum o cuva uriasa cu acid sulfuric. Enzimele
pe care le contine ataca rapid nanorobotul si îl
descompun în cele mai mici unitati componente.
Nanorobotul devine praf cosmic.
24
Singura cale de a patrunde neobservat în celula,
cale folosita si de virusi este de a gauri
membrana (proces numit liza sau topirea
membranei) si a patrunde pe acolo. Virusii au
un vârf ascutit continând enzime asemanatoare
celor din lisozom care ataca si topesc membrana
celulara. În imagine avem bacteriofagul T4 care
gaureste membrana unei bacterii.
25
În imaginea de sus bacteriofagul T4 gaureste
membrana si introduce materialul sau genetic din
lantul de ADN continut în creierul sau. ADN-ul
joaca rolul de memorie. Din imagini putem
aprecia dimensiunea virusilor. În imaginea de jos
avem bacterii pe o celula.
26
Odata ce proteinele sunt sintetizate în ribozomi,
ele sunt trimise în complexul Golgi.
27
În aparatul Golgi proteinele sunt procesate în
continuare si primesc o eticheta cu destinatia
de utilizare din interiorul celulei. El intra pe
fata cis si iasa pe fata trans.
28
Dar toate procesele metabolice necesita energie.
Aceasta este extrasa din oxigen (hidrogen si
electroni liberi) la nivelul mitocondriei si este
stocata în molecula de ATP. ATP-ul este
transportat si utilizat în interiorul celulei
unde au loc procesele metabolice
29
În plante mai exista înca o metoda de extragere a
energiei din cea solara prin procesul de
fotosinteza la nivelul cloroplastului .