Достаточно удобно, некоторые связи между атомами делаю
т прекрасные подпорки; часть может быть установлена посредством единст
венной химической связи, которая будет позволять поворачивать её свобо
дно и плавно. Так как подпорка может быть сделана с использованием тольк
о двух атомов (и поскольку для движущихся частей нужно лишь в несколько а
томов), наномашины могут на самом деле иметь механические компоненты раз
мера молекулы.
Как эти усовершенствованные машины будут построены? За эти годы, инженер
ы использовали технологию, чтобы улучшить технологию. Они использовали
металлические инструменты, чтобы оформлять металл в лучшие инструмент
ы, и компьютеры, чтобы проектировать и программировать лучшие компьютер
ы. Они будут аналогично использовать белковые наномашины, чтобы строить
лучшие наномашины. Ферменты указывают путь: они собирают большие молеку
лы, «выхватывая» маленькие молекулы из воды, в которой они находятся, и уд
ержания их вместе так, что образуются связи. Ферменты собирают ДНК, РНК, бе
лки, жиры, гормоны и хлорофилл этим способом Ц на самом деле, практически
весь спектр молекул, обнаруживаемых в живых организмах.
Далее инженеры-биохимики будут строить новые ферменты, чтобы собрать но
вые структуры атомов. Например, они могли бы делать ферменто-подобную ма
шину, которая будет присоединять углеродистые атомы к маленькому пятны
шку, слой на слой. Будучи правильно связаны, атомы будут наращиваться и фо
рмировать прекрасное, гибкое алмазное волокно, более пятидесяти раз бол
ее прочное, чем алюминий того же веса. Аэрокосмические компании будут вы
страиваться в очередь, чтобы покупать такое волокно тоннами, чтобы делат
ь детали с улучшенными характеристиками. (это показывает только одну мал
енькую причину, почему конкуренция в военной сфере будет двигать молеку
лярную технологию вперёд, как она двигала многие сферы в прошлом.)
Но действительно большим прогрессом будет, когда белковые машины будут
способны делать структуры более сложные, чем простые волокна. Эти програ
ммируемые белковые машины будут походить на рибосомы, программируемые
РНК, или старое поколение автоматизированных станков, программируемое
перфорированными лентами. Они откроют новый мир возможностей, позволяя
инженерам избежать ограничения белков для построения прочных компактн
ых машин прямым проектированием.
Проектируемые белки будут расщеплять и соединять молекулы, как это дела
ют ферменты. Существующие белки связывают множество меньших молекул, ис
пользуя их как химические инструменты; заново проектируемые белки буду
т использовать все эти инструменты и более того.
Далее, органические химики показали, что химические реакции могут произ
водить замечательные результаты даже без наномашин, чтобы расставлять
молекулы по нужным местам. Химики не имеют никакого прямого контроля над
кувыркающимися движениями молекул в жидкости, поэтому молекулы свобод
ны реагировать любым образом, которым они могут, в зависимости от того, ка
к они сталкиваются. Однако химики тем не менее добиваются, чтобы реагиру
ющие молекулы образовывали правильные структуры, такие как кубические
или двенадцатигранные молекулы, и образовывать структуры, выглядящие н
евероятно, такие как молекулярные кольца с высоконапряжёнными связями.
Молекулярные машины будут иметь ещё большую неустойчивость в образова
нии связей, потому что они могут использовать подобные молекулярные дви
жения для образования связей, но они могут выполнять эти движения такими
способами, какими не могут химики.
Действительно, поскольку химики ещё не могут направить молекулярные дв
ижения, они редко способны собирать сложные молекулы в соответствии с оп
ределёнными планами. Все самые большие молекулы, которые они могут делат
ь с определенными, сложными структурами Ц это линейные цепи. Химики фор
мируют эти структуры (как в механизмах гена), добавляя молекулы по одной в
последовательности к растущей цепи. Только с одним возможным участком с
вязывания в цепи, они могут быть уверены, что добавили следующую часть в п
равильном месте.
Но если округленная, бугристая молекула имеет, скажем, сотню водородных
атомов на своей поверхности, как химики могут отколоть только один специ
фический атом (5 атомов вверх и 3 атома по диагонали спереди на выпуклости),
чтобы добавить что-либо на его место? Смешивание вместе простых химикал
ий редко сделает эту работу, поскольку маленькие молекулы редко могут вы
брать специфические места, с которыми надо реагировать в больших молеку
лах. Но протеиновые машины будут более избирательными.
Гибкая, программируемая белковая машина схватит большую молекулу (объе
кт работы), в то время как маленькая молекула будет установлена именно на
против правильного места. Подобно ферменту, она тогда она свяжет молекул
ы вместе. Привязывая молекулу за молекулой к собираемому куску, машина б
удет собирать всё большую и большую структуру, в то время как будет сохра
няться полный контроль за тем, как его атомы упорядочены. Это есть ключев
ое умение, которым не обладают химики.
Подобно рибосомам, такой наномашины могут работать под управлением мол
екулярных лент. В отличие от рибосом они будут иметь дело с широким разно
образием маленьких молекул (не только аминокислот) и присоединять их к с
обираемому объекту не только в конце цепи, но и в любом желаемом месте. Бел
ковые машины таким образом объединят расщепляющие и склеивающие спосо
бности ферментов с возможностью программирования рибосом.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117