인공 화학 시계를 통해 일주기 리듬의 수수께끼 속성 모방

[아름이]

인공 화학 시계를 통해 일주기 리듬의 수수께끼 속성 모방
날짜:
2023년 1월 24일
원천:
도쿄공업대학
요약:
온도에 반응하는 젤을 기반으로 진동 화학 반응을 위한 혁신적인 온도 보상 메커니즘이 개발되었습니다. 자세한 수학적 분석과 함께 실험 결과는 자연에서 발견되는 일주기 리듬이 모두 유사한 메커니즘에 의존하여 주기가 온도와 무관하게 유지될 수 있다는 가능성을 암시합니다.

일주기 리듬은 유기체의 행동과 생리적 과정을 환경과 동기화하는 자연스러운 내부 진동입니다. 이러한 리듬은 일반적으로 24시간 주기를 가지며 빛과 같은 신체 외부의 신호에 반응하는 내부 화학 시계에 의해 조절됩니다.

동물, 식물 및 박테리아에서 잘 연구되었지만 일주기 리듬은 모두 수수께끼 같은 특성을 공유합니다. 대부분의 생화학 반응 속도가 온도에 따라 기하급수적으로 변하더라도 진동 주기는 온도에 크게 영향을 받지 않습니다. 이것은 어떤 종류의 온도 보상 메커니즘이 작용하고 있음을 분명히 나타냅니다. 흥미롭게도 일부 과학자들은 진동하는 특정 화학 반응에서 그러한 온도 불변 특성을 복제하는 데 성공했습니다. 그러나 이러한 반응은 종종 번거롭고 반응하는 화학 물질에 대해 극도로 정밀한 조정이 필요합니다.

그러나 진동하는 화학 반응에서 온도 보상을 달성하는 더 간단한 방법이 있다면 어떨까요? Scientific Reports 에 발표된 최근 연구에서 일본 Tokyo Institute of Technology(Tokyo Tech)의 Yuhei Yamada 조교수를 포함한 연구팀은 Belousov-Zhabotinsky( BZ) 진동 반응.

그들의 접근 방식의 핵심은 BZ 반응이 발생할 수 있는 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) 또는 줄여서 'PNIPAAm'으로 만든 부드럽고 온도에 반응하는 젤에 있습니다. 이 젤은 일정량의 용매를 수용할 수 있는 폴리머 가닥으로 구성됩니다. 그러나 이러한 겔은 온도가 증가함에 따라 수축하기 때문에 겔에 포함된 용매의 양은 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

연구원들은 PNIPAAm 젤의 구성 폴리머에 루테늄(Ru) 사이트를 추가하여 이러한 특성을 이용했습니다. 연구원들이 연구한 특정 BZ 반응의 주기적인 특성은 루테늄(Ru) 이온의 전후 산화 및 환원에 부분적으로 의존합니다. 따라서 이 반응의 속도는 용매와 Ru의 상대적인 농도에 영향을 받습니다. PNIPAAm 겔은 수축할 때 더 적은 용매를 수용할 수 있기 때문에 겔의 상대 Ru 농도는 온도에 따라 증가합니다.

연구팀이 실험적 측정과 철저한 수학적 분석을 통해 입증한 것처럼 위에서 언급한 효과가 결합하여 BZ 반응 기간이 온도 변화에 영향을 받지 않는 온도 보상 메커니즘을 형성합니다. "준비된 BZ 젤은 살아있는 유기체에서 관찰되는 일주기 리듬과 같은 온도 보상성을 나타냈습니다."라고 Yamada는 말했습니다.

전반적으로 이 연구는 주기적인 반응을 기반으로 하는 인공 생체 시계에서 온도 보상을 달성하는 완전히 새로운 방법을 보여줍니다. 흥미롭게도 온도에 반응하는 연체를 사용하는 유사한 온도 보상 메커니즘이 자연의 생물학적 시스템에 존재할 가능성도 있습니다. Yamada는 다음과 같이 설명합니다. 관련 분자 종에 관계없이 온도 보상이 동물, 식물 및 박테리아에서 볼 수 있는 일주기 리듬의 보편적인 특성인 이유를 설명할 수 있습니다."

더 많은 연구가 우리 내부 시계 뒤에 숨겨진 신비를 밝히는 데 도움이 되기를 바랍니다!

출처 : https://www.sciencedaily.com/