Ю. В. Малюкин, д-р физ мат наук, проф., зав отд нанокристаллических

Тепловое движение и диффузия в наномире. Молекулярная нанотехнология (не био-) стремится создать "индустриальную среду" (machine-phase environment) или машинную фазу вещества (machine-phase matter, см. и. 13.6), в которой отдельные наномашины организованы в конвейеры образуя микро- и макро- объекты. Взаимодействие бионано­машин в природе организовано иначе - сначала отдельные бионано­машины синтезируются с высокой точностью, а затем они помещаются в нужное место клетки. Различные бионаномашины находят друг друга в результате случайных блужданий и диффузии. Искусственно, конечно, можно создать "индустриальную среду", но абсолютное большинство своих функций в клетке бионаномашины выполняют именно находя друг друга в процессе диффузионного движения в результате случайных блуж­даний. Бионаномашины функционируют в "хаотическом" окружении. Они постоянно "бомбардируются" молекулами воды. Они рассеиваются случайным образом, если они не зафиксированы в каком либо месте клетки.
Молекулярные комплексы. Бионаномашины работают, образуя комплексы с другими бионаномашинами, объединяясь и разъединяясь в


23




ходе работы. Если две молекулы имеют комплементарные поверхности (геометрическое соответствие) и комплементарные (взаимно допол­няющие) химические группы (химическая комплементация) на этих интерфейсных, стыковочных поверхностях, то образующийся комплекс будет существовать долгое время.
Если взаимодействия не столь сильные, то комплекс будет образован на непродолжительное время, после которого компоненты комплекса снова отправятся в самостоятельное "блуждание". Изменяя "конструкцию" таких взаимодействующих (интерфейсных, стыковочных) поверхностей, бионаномашины могут образовывать и стабильные молекулярные каркасы, существующие годами, и нежные биосенсоры, чувствительные к наличию одиночных молекул в системе.
Клетки устроены сложно, они состоят из миллионов различных белков, поэтому возникает естественный вопрос, может ли диффузионное движение обеспечить взаимодействие между заданной парой молекул в таком термически хаотической системе, которой является клетка. Оказы­вается, что в масштабах клетки диффузионное движение чрезвычайно эффективно. Если ввести определённый белок в бактериальную клетку, то уже через одну сотую секунды, он может оказаться в любой точке клетки. Если разместить две разные молекулы в противоположных частях клетки, то уже через секунду они провзаимодействуют.
Справедливо следующее утверждение: В клетке размером микро­метр любые две молекулы встречают друг друга каждую секунду.