Հետազոտողների միջազգային խումբն առաջին անգամ մանրամասն պարզել է, թե ինչպես է տեղի ունենում պրոտոնների տեղափոխումը ֆոսֆորական թթվի միացություններում՝ այն առանցքային մոլեկուլներում, որոնք ընկած են բոլոր կենդանի օրգանիզմների աշխատանքի հիմքում: Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են The Journal of Physical Chemistry A (JPCA) ամսագրում:

Ինչո՞ւ է սա կարևոր

Ֆոսֆորական թթուն և դրա ածանցյալները առկա են գրեթե բոլոր կենսաբանական գործընթացներում. դրանք մտնում են ԴՆԹ-ի, ՌՆԹ-ի, բջջային թաղանթների և ԱԵՖ (ATP) մոլեկուլի կազմի մեջ, որը բջջի հիմնական «էներգետիկ արժույթն» է: Հենց այս միացությունների միջոցով պրոտոնների տեղափոխումն է ապահովում նյութափոխանակությունը, էներգիայի գեներացումը և բջիջների միջև ազդանշանների փոխանցումը: Գիտնականներն այս գործընթացն անվանում են «բնության պրոտոնային մայրուղի»: Մինչ այժմ տեղափոխման մեխանիզմը մոլեկուլային մակարդակում լիովին պարզ չէր:

Ինչպես է անցկացվել փորձը

Մաքս Պլանկի ընկերության Ֆրից Հաբերի ինստիտուտի (Բերլին), Լայպցիգի համալսարանի և նրանց ամերիկացի գործընկերների գիտնականները կենտրոնացել են առանցքային կառուցվածքի վրա՝ ֆոսֆորական թթվի բացասական լիցքավորված դիմերի՝ H3​PO4​⋅H2​PO4−​ վրա: Ենթադրվում է, որ հենց այս կառուցվածքն է գործարկում «պրոտոնային շաթլը»՝ գործընթաց, որի ժամանակ պրոտոնները ոչ թե ազատ են շարժվում, այլ «ցատկում են» մոլեկուլների միջև առկա ջրածնային կապերի շղթայով:

Փորձն անցկացվել է էքստրեմալ պայմաններում. մոլեկուլը սառեցվել է գրեթե մինչև բացարձակ զրոյի՝ 0,37 Կելվինի: Նման ջերմաստիճանում ջերմային տատանումները գրեթե անհետանում են, ինչը թույլ է տալիս ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիայի օգնությամբ բարձր ճշգրտությամբ ուսումնասիրել նյութի կառուցվածքը: Ստացված փորձարարական տվյալները համադրվել են քվանտային քիմիայի հաշվարկների արդյունքների հետ:

Անսպասելի արդյունք

Տեսական մոդելները կանխատեսում էին դիմերի երկու հավասարահավանական կոնֆիգուրացիաների գոյություն: Սակայն փորձը ցույց տվեց միայն մեկ կայուն կառուցվածք: Այն իրենից ներկայացնում է երեք ջրածնային կապերից բաղկացած կոշտ համակարգ, որոնք միավորված են ընդհանուր թթվածնի ատոմով: Այս կառուցվածքի ներսում գոյություն ունեն էներգետիկ արգելքներ, որոնք կարգավորում են պրոտոնների շարժումը:

Ի՞նչ է սա տալիս գիտությանը և տեխնոլոգիաներին

«Պրոտոնային մայրուղու» ճշգրիտ մեխանիզմի ըմբռնումը նոր հնարավորություններ է բացում.

  • Բարձր պրոտոնային հաղորդականությամբ ավելի արդյունավետ նյութերի մշակման համար (նոր սերնդի վառելիքային էլեմենտների և մարտկոցների համար պրոտոնահաղորդիչ թաղանթներ),
  • Կենդանի բջիջների կենսաէներգետիկայի ավելի խորը ըմբռնման համար,
  • Բնական «էներգետիկ մայրուղիների» աշխատանքը նմանակող արհեստական համակարգերի ստեղծման համար:

Կարճ ասած

Գիտնականներն առաջին անգամ փորձնականորեն հաստատել են, թե ինչպես է տեղի ունենում պրոտոնների տեղափոխումը ֆոսֆորական թթվի միացություններում՝ կենդանի համակարգերի առանցքային մոլեկուլներում: Հետազոտությունը ցույց է տվել, որ տեղափոխումն ընթանում է «պրոտոնային շաթլի» մեխանիզմով՝ երեք ջրածնային կապերով դիմերի խստորեն որոշված կառուցվածքի միջոցով: Փորձն անցկացվել է գերցածր ջերմաստիճանում (0,37 Կ), ինչը թույլ է տվել բացառել ջերմային խանգարումները: Ստացված արդյունքները կօգնեն մշակել ավելի արդյունավետ վառելիքային էլեմենտներ և ավելի լավ հասկանալ բջիջներում ընթացող հիմնարար գործընթացները: