Бумажная модель ДНК (двойная спираль)

Из этой инструкции вы узнаете, как сделать модель днк из бумаги. Такую модель можно сделать для демонстрации на уроке биологии. Это не заняло много времени и принесло приятный результат.

Изготовление модели днк своими руками

Материалы

В любом случае вам потребуются:

• 1 лист бумаги 21 х 28 см

• Карандаш

• Линейка

Практически лист бумаги может быть любого размера. Лучше всего работается при ширине листа 20-22,5 см.

Использовать такую модель можно для занятного и недорогого изучения ДНК. Ученики усвоят, как четыре химических вещества (гуанин, аденин, тиамин и цитозин) объединяются в длинные сложные структуры для создания рабочего чертежа того, что делает клетка.

ПРИМЕЧАНИЕ: ДНК на фотографиях закручена влево. Как объяснили мне, фактически спираль ДНК направлена вправо. Именно из этого следует исходить, делая складки.

1. Примерно так выглядит конечный результат. Это можно сделать в цвете.

Шаг 1: Сделайте пометку в середине

Сделайте пометку в середине листа бумаги. На стандартном листе пометка будет примерно в 10,5 см от краев.

1. Это линия середины листа бумаги. Не обязательно делать сгиб по ней сейчас.

Шаг 2: Разметка сахаро-фосфатного остова

Отмеряем 1 см от каждого края и по 1 см с обеих сторон от средней линии. Эти линии ограничивают сахаро-фосфатный остов ДНК.

1. По 1 см от середины в каждую сторону

1. Вот что должно получиться.

Шаг 3: Разметка каждого азотистого основания

Теперь воспользуйтесь линейкой, чтобы провести линии через каждые 2,5 см поперек средней линии. Старайтесь провести их параллельно, иначе модель не получится.

Теперь проведите линии наискосок каждого получившегося у вас прямоугольника. Эти линии должны сойтись у середины, как буква «V». Посмотрите на снимке, как я случайно провел их неправильно.

Если вам хочется раскрасить модель, это нужно сделать именно в этом шаге. Просто разделите каждый прямоугольник пополам и раскрасьте их в соответствии с азотистыми основаниями.

Помните: аденин → тиамин, а гуанин → цитозин.

Чтобы раскрасить остов, разделите каждый участок по краям и в середине пополам и чередуйте черный и белый цвета.

1. По линии через каждые 2,5 см

1. Это нужно было сделать по-другому.

2. Это нужно было сделать по-другому.

Шаг 4: Сложите вдвое

Сложите просто прямо.

1. Сложено вдвое

Шаг 5: Отогните остов

Отогните края листа с обеих сторон, с одной — вверх, а с другой — вниз.

1. Вниз

2. Вверх

Шаг 6: Займитесь азотистыми основаниями

Отгибайте каждый прямоугольник назад по начерченным линиям. Лист должен свернуться в небольшую трубку.

1. Мило и кругло

Шаг 7: Прогните вверх

Прогибая, не слишком усердствуйте.

1. Смотри, прогнулось вверх!

Шаг 8: Согните по диагоналям

Согните назад по каждой диагональной линии. Сгибайте только диагонали прямоугольников. Модель должна скрутиться в спираль.

1. Согнуто назад

2. Согнуто по-другому

3. Не сгибайте дальше этой точки.

1. Заспиралило

Шаг 9: Сожмите модель ДНК

Бережно соберите всю модель, начиная сверху. Постарайтесь не смять ее! Сожмите , обязательно сгибая каждую складочку.

1. Полностью собрана

Шаг 10: Отпустите!

Отпустите сжатую полосу ДНК. Поздравляю! Вы у финиша!

1. Все сделано!

Шаг 11: Немного о ДНК

Для тех, кто не знает всех этих подробностей о ДНК.

ДНК означает дезоксирибонуклеиновая кислота. Она находится внутри ядрышка, которое является частью ядра эукариотических клеток. В прокариотических клетках ДНК свободно плавает из-за отсутствия в клетке мембраны.

Это рабочий чертеж для многого из того, что делает клетка. Каждый элемент ДНК называется нуклеотидом. Нуклеотид состоит из одной молекулы фосфата, одной молекулы сахара (деоксирибозы) и одного азотистого основания.

Существуют четыре типа азотистых оснований. Тиамин, аденин, гуанин и цитозин.

Тиамин соединяется только с аденином.

Цитозин соединяется только с гуанином. Особый порядок азотистых оснований определяет, что создает спираль.

Сахар (деоксирибоза) и фосфат образуют сахаро-фосфатный остов.

Причина закручивания ДНК — это способ соединения трех компонентов в нуклеотид. Совершенства в природе, как правило, нет, и трем компонентам для образования связи приходится перекрутиться.

1. Эта химическая структура изменяется в зависимости от типа азотистого основания.

doit-yourself.ru

ДНК своими руками : Jim`s Homeplace

Многие, наверняка знают, как легко и просто реплицировать часть собственной ДНК. Процесс нехитрый по сути. Зато сколько потом восторженных сюсюканий из серии “ах, как он/она похож(а) на папу/маму!”. Однако, задача сильно усложняется, когда нужно создать некую абстрактную модель ДНК у себя на столе из подручных материалов.

---

Нафига это мне понадобилось, спросите? Очень просто. У дочери в школе есть предмет аналогичный “биологии” в российских школах. Соответственно, ученикам задали домашний проект, который включает в себя не только получение теоретических знаний о строении ДНК, но и создание модели оной. C этой моделью потом нужно выступать перед учителем и классом, рассказывая, что там в ней и как.

Вообще, это будет не совсем “мой” пост. Он, скорее посвящен дочери. Хотя я и принимал некоторое участие в процессе, в основном это участие сводилось к консалтингу… Однако, вдруг кому будет интересно или, вдруг у кого ребенку в школе зададут сделать аналогичную шнягу. Вот и руководство готовое получится.

Согласно условиям задачи, модель должна удовлетворять определенным требованиям. Интересно, что ученик сам может выбрать, какие условия он выполнит. Каждый пункт презентации “весит” определенное количество зачетных баллов. Соответственно, можно пойти по простому пути и набрать некий минимальный проходной балл или попробовать реализовать “программу максимум”.

Исходная постановка задачи:

Так же, как следует из задачи, это не обязательно должна быть именно модель. Это может быть что угодно – от книжки с рассказом до пазла. Главное, чтобы это имело некое физическое представление. Отдельно отмечено, что, если ученик решит делать именно модель, то запрещается использовать готовый магазинный набор. Типа такого, например.

Дочь решила делать модель и постараться настрелять максимальное число баллов. ОК.

Начали с компьютерной модели… Я на самом деле – не настоящий сварщик. Ну, т.е., в общих чертах знаю, что такое ДНК, из чего она состоит и как её принято изображать. Не более того. Поэтому уже с самых первых шагов, инициативу перехватила дочь. Она смогла растолковать мне что из чего состоит и что к чему прикрепляется.

Вышло что-то вроде такого:

Когда стало понятно. какие запчасти нам понадобятся, отправились по магазинам.Понадобится: пенопластовые шарики двух размеров, деревянные прутки, краска, клей и кусочек MDF для подставки.

Ах, да… Еще обязательно понадобится Пес:

Если честно, я сам не очень понимаю за каким хреном нужен Пес, но зато у него самого уверенности в этом хватило на нас всех. На самом деле, он только мешался… Но может быть я просто что-то недопонял.

Пенопластовые шарики были куплены в “долларом” магазине. В разделе “все для вечеринок”. Даже не хочу пытаться понять, как в контексте вечеринки могут быть использованы пенопластовые шарики. Но хорошо, что они нашлись. Это был у нас самый проблематичный момент. Нужно было найти такие шарики, которые было бы легко обрабатывать. Например, стеклянные шарики не подойдут – запаришся сверлить. Деревянные… В принципе, подошли бы. Для меня. Но работать предстояло дочери и я сомневался, что она вот так сходу сможет ровно продырявить деревянный шарик ручной дрелью. Половину запорет с непривычки. А они достаточно дорогие. Нужен был более мягкий и дешевый материал. Пенопласт подошел просто идеально.

Деревянные рейки были куплены в магазине стройматериалов. Эти прутки – более тонкие собратья тех, что я использовал для декорирования кровати и тумбочек. С этим проблем не было. Они всегда есть в большом многообразии во всех строительных магазинах.

Краски/клей – тривиально. Взяли обычную краску в аэрозоле. Сперва попробовали на одном из шариков – краска пенопласт не съела. Соответственно купили нужное количество цветов. Клей – обычный ПВА.

Кусок MDF-панели для подставки у меня уже был в загашнике. Можно приступать к работе.

Сперва подставка. Дочь прислушалась к моему совету и распечатала на принтере шаблон, который приклеила на кусок MDF:

Её вариант был – найти блюдце подходящего диаметра и обрисовать по нему окружность. Но я смог её убедить, что такой путь – не путь самурая. Кому, как не мне знать, что у нас в хозяйстве нет блюдец подходящего диаметра с ровной кромкой – все с волнистым краем. Плавали уже – знаем 🙂

Далее, она вырезала размеченный диск при помощи электролобзика:

На удивление ровно вырезала. Я даже прифигел слегка…

Незначительные неровности по краю она убрала на шлифмашинке:

Чтобы придать эстетизьму подставке, её кромка была обработана на фрезе:

Получился вот такой диск:

Ну и отверстие по центру, в которое будет вставлена модель:

Далее предстояла сама занудная операция. Нужно было взять пенопластовый шарик и просверлить в нем два сквозных отверстия крест накрест. Через первое отверстие такой шарик насаживается на общую ось, в другое отверстие, с обоих его концов втыкаются поперечные палочки. Таких шариков нужно было сделать десять штук:

Труднее всего было мне. Вы не представляете себе, какая это пытка – стоять и смотреть. Вместо того, чтобы самому схватить дремель и быстро насверлить все за пару минут. Дочь управилась где-то за пол часа… Неспешная методичность с которой она все это проделывала – просто убивала меня 🙂

Полученный результат она назвала шашлыком:

Теперь в шашлык предстояло напихать поперечные палочки. Они были нарезаны все из того же деревянного прутка, что и центральная ось:

Опять же, она хотела резать палочки ножовкой, но мне удалось убедить её, что отрезной диск и дремель – гораздо быстрее.

Следующий этап: взять полученные палочки:

… и напихать их в полученный ранее шашлык:

Это нужно было для того, чтобы приклеить центральные шарики (кстати, это вам не фигня какая, а самые настоящие водородные связи) с общей палке. На фото можно увидеть, что к основанию прицеплен очередной шаблон на котором размечены сегменты. Поперечины втыкаются в шарик, на центральную ось наносится клей, шарик выставляется на нужной высоте и поворачивается вдоль нужного сектора разметки. Т.е. на данном этапе, поперечины помогают позиционировать центральный шарик с нужным углом поворота. Повторить десять раз:

После этого, поперечины можно вынуть и отправить запчасти в покраску:

Как все высохло, приступили к финишной сборке.

На каждую поперечную палочку прицеплялась деоксирибоза… Кажется… Deoxyribose в оригинале. Пес его знает, что это… Не важно. Главное, что дочь знает, что это. Ей перед учителем презентуху толкать, а не мне 🙂

Сами эти шарики должны быть белыми, поэтому красить их не пришлось:

Долгий и кропотливый процесс сборки модели:

Осталось добавить только фосфатные цепочки (phosphates). Насколько мы поняли, их и принято изображать в виде той самой, узнаваемой двойной спирали.

Из плотной толстой бумаги серебристого цвета были выкроены две ленты:

Эти полоски клеятся к вершинам крайних шариков на модели. Вот так:

На этом этапе я впервые принял личное участие. Двух рук оказалось недостаточно. Надо, чтобы кто-то один держал и направлял полоски, а второй – мазал клеем и прижимал.

Худо-бедно мы с этой процедурой управились, получив в итоге, желаемую модель:

Согласно условиям задачи, нужно было так же, обозначить все запчасти. Решили ограничиться прилепливанием легенды к подставке. Как назло, кончились цветные чернила в принтере. Поэтому пришлось напечатать ч/б вариант и раскрасить его фломастерами:

Ламинация тоже не прошла с первого раза. Агрегат сжевал две этикетки, прежде чем нормально сделал третью:

Не знаю в чем дело было. Я уже сто раз пользовался этим агрегатом и ни разу до этого он ничего не жевал… Так или иначе, свою этикетку мы получили:

Модель готова:

Теперь дочери надо вызубрить устную часть презентации. Но с этим я уже помочь ей никак не могу. Надеюсь справится сама. Еще неделя у нее есть на зубрежку теоретической части. Напишу потом, как отсрелялась с проектом..

jimblog.me

путь от гравюры до нанороботов длиной в 30 лет

Сложить журавлика из бумаги — легко! Сложить журавлика из молекулы ДНК… тоже легко! Немного усидчивости и мастерства позволяют своими руками создавать из бумаги настоящие произведения искусства. Молекулы ДНК, в свою очередь, не требуют специальных навыков и собираются в красивые структуры на подобие оригами легко и непринужденно! Звучит как бред сумасшедшего, скажете вы. Отнюдь! Из этой статьи вы узнаете, как создать свою собственную фигурку оригами из ДНК, как похитить золото с помощью роботов, и кто победит в схватке между тараканом и ДНК-машиной.

Эта работа публикуется в рамках конкурса научно-популярных статей, проведенного на конференции «Биология — наука 21 века» в 2014 году.

ДНК-оригами и связанные с этим ДНК-нанотехнологии сформировали в последнее десятилетие отдельное научное направление и получили стремительное развитие в работах нескольких научных групп по всему миру. В общем случае, за термином «ДНК-оригами» скрывается технология направленного конструировании молекул ДНК, способных к самосборке в заранее рассчитанные и смоделированные объекты. Такие конструкции могут быть как плоскими, так и объемными, довольно простыми и чрезвычайно замысловатыми. Все так же, как в японском искусстве складывания бумажного листа, только здесь вместо листа бумаги выступает нить ДНК!

Как и многие научные открытия и разработки, это направление возникло, в некоторым смысле, случайно и неожиданно. Впервые о конструировании и использовании 3D-структур из ДНК всерьез заговорил американский ученый Нэд Симан (Ned Seeman) в начале 1980-х гг. Исследователь указывал на одну из главных сложностей метода рентгеновской кристаллографии (используемого тогда и по сей день для определения структуры белковых молекул), а именно необходимость подбора точных условий для получения «чистого» кристалла, по которым можно судить о структуре белка, и ставил своей целью разработку вспомогательной технологии фиксации белковых образцов (рис. 1). Для решения поставленных задач нужно было для начала разобраться с тем, как по собственному желанию и разумению собирать молекулы ДНК в необходимые конструкции.

Рисунок 1. А. Гравюра на дереве «Глубина», созданная Маурицем Корнелисом Эшером в 1955 году. Поговаривают, что, глядя на это произведение искусства в университетской столовой, Нэд Симан вдохновился на создание новой технологии, упрощающей кристаллизацию полипептидов и, следовательно, структурные исследования белков. С определением пространственной организации белков что-то не заладилось, но зато идеи Симана были подхвачены другими исследователями и привели к возникновению ДНК-оригами [1, 2]. Б. Схема процесса кристаллизации белков, нарисованная Симаном (перевод автора статьи). В. Идея ДНК-структур для правильной ориентации молекул в пространстве, изображенная Симаном (перевод автора статьи).

Поиск и описание различных свойств элементарных ДНК-конструктов длились несколько лет. В 1991 году Нэд Симан представил нанометровый куб, ребра которого представляли собой молекулы ДНК [3]. Спустя некоторое время, несмотря на скептическое отношение некоторых ученых, работа была признана выдающейся. За неё Нэд Симан был удостоен Фейнмановской премии по нанотехнологиям в 1995 году и навсегда вошел в историю науки как создатель первых ДНК-нанотехнологий.

Результаты Нэда Симана и его лаборатории послужили фундаментом для идей другого блистательного исследователя и, без преувеличения, крупной фигуры в области ДНК-оригами — американца Пола Ротемунда. В 2006 году он опубликовал статью в авторитетнейшем научном издании Nature [4], в которой был описан метод получения точных ДНК-структур с заданной формой, а также были представлены детальные результаты и анализ такого направленного конструирования. В отличие от других исследователей, ему удалось строить не решетки из отдельных молекул, а настоящие плоские фигуры шириной в несколько цепочек ДНК (рис. 2). Эта статья сразу разлетелась по научно-популярным журналам, новостям и блогам, ведь представленные структуры и изображения впечатляли даже неподготовленного с научной точки зрения читателя. Не удивительно, что иллюстрации эксперимента красовались на обложке выпуска журнала.

Рисунок 2. Некоторые структуры, построенные при помощи ДНК-оригами и представленные в статье Пола Ротемунда [4].

В последующие годы вышло несколько десятков статей, посвященных технологии ДНК-оригами. Росло число полученных форм, размеров конструкций и их сложности. Некоторые из результатов были экспериментально опробованы на реальных биологических объектах для решения прикладных биотехнологических и медицинских задач.

Двумерное ДНК-оригами: от простого к сложному

Как же ученые складывают ДНК-оригами? Разберемся в деталях данного метода. Для начала нам потребуется длинная одноцепочечная молекула ДНК, которая будет играть роль каркаса и основы нашего будущего объекта. В первых экспериментах использовалась ДНК фага M13 длиной 7249 нуклеотидов, однако сейчас с усовершенствованием ряда технологий стали использовать другие последовательности ДНК. Затем нам понадобятся заранее синтезированные короткие комплементарные цепочки ДНК (также называемые «скрепляющими цепочками» или «ДНК-скрепками», обычно 30-40 нуклеотидов в длину), последовательность которых необходимо подобрать при помощи компьютерного моделирования и анализа структур. Теперь смешаем растворы с длинной молекулой и короткими «скрепками» и нагреем смесь до температуры 95 °C, чтобы случайные и ненужные молекулярные связи распались. В процессе остывания до комнатной температуры (эта процедура называется отжигом) молекулы ДНК сами соберутся вместе, образуя нужную нам структуру. Проще простого — они всё делают за нас сами!

Рисунок 3. А, Б иллюстрируют схему связей между каркасной ДНК (серая кривая) и скрепляющими олигонуклеотидами (кривые разных цветов) [4]. В) Пошаговая схема по изготовлению ДНК-оригами [5].

В результате эксперимента получается раствор, содержащий желаемые ДНК-конструкции. В одной-единственной капле раствора скрываются миллиарды крошечных объектов, которые, в отличие от бумажных фигурок оригами, нельзя потрогать, повертеть в руках и рассмотреть. Для оценки результата нам потребуется прибор со сверхвысоким разрешением — атомно-силовой микроскоп (АСМ) [6] или электронный микроскоп. Ведь рассмотреть фигурки размером 50-100 нм так непросто!

Для создания плоских структур ДНК-оригами смежные двухцепочечные молекулы должны быть соединены друг с другом кроссовером — особым типом переплетения нитей ДНК. Такое переплетение «склеивает» соседние цепочки посредством уотсон-криковского комплементарного спаривания и не дает всей структуре рассыпаться. Учитывая большое количество скрепляющих цепочек, требуются алгоритмы для расчета вероятности их точной посадки на основную цепь. Если ДНК-скрепка сядет не в том месте, то это может повлечь за собой как дефект структуры, так и полную путаницу в посадке всех остальных скрепок. В худшем случае это может привести к тому, что структура не соберется вовсе. Все-таки самосборка молекул в идеально плоскую структуру — это не такая уж и легкая задача.

Рисунок 4. Точность собранного рисунка может быть довольно высока и находиться буквально на грани разрешения современных приборов. Можно добиться того, чтобы на ровном плоском «ДНК-полотне» в заранее предусмотренных местах будут выбиваться ДНК-шпильки. Это выглядит так, как если бы на кусочке ткани сделали рисунок узелками. Именно так была собрана карта западного полушария Земли, которую можно было увидеть исключительно при помощи АСМ (а, б).

Двумерные структуры на основе ДНК-оригами позволяют достичь не только большого многообразия форм — с помощью этой техники можно добиться невиданной до этого точности в размещении требуемых функциональных групп и молекул. Связанные с ДНК-скрепками молекулы могут быть размещены с точностью до нескольких нанометров и даже ангстрем (при условии правильной сборки)!

Если требуется собрать структуру побольше, нужно всего лишь соединить несколько длинных цепочек в одну составную конструкцию, как в конструкторе или крупных оригами-фигурах. На практике это можно осуществить так же, как было описано для одной единственной каркасной молекулы ДНК — нужно смешать все ингредиенты будущего объекта в одной пробирке, нагреть и ждать чуда, или собрать каждую деталь по отдельности, после чего объединить уже готовые элементы для окончательной сборки при менее интенсивном нагреве. В первом подходе нам приходится работать с достаточно большим количеством компонентов, ввиду чего увеличивается вероятность неправильной сборки молекул. При сборке деталей по отдельности необходимо провести несколько независимых экспериментов и совершить дополнительный шаг — повторный отжиг малых структур при нагреве до температуры 50 °C. При такой температуре детали еще не разваливаются на части, но уже более охотно связываются с друг с другом [7, 8].

Трехмерное ДНК-оригами

При определенных модификациях подход, который применяется для конструирования плоских структур, может быть обобщен до более сложного объемного случая. При конструировании 3D-структур можно, как и раньше, использовать кроссоверы, учитывая дополнительное третье измерение, и собирать все за один эксперимент, либо нужно начинать с собранных по отдельности плоских ДНК-объектов и лишь потом объединять их в конечную конструкцию. Выбор правильной последовательности действий в случае трехмерного ДНК-оригами чрезвычайно важен из-за значительно большего числа используемых молекул. Для особо сложных конструкций (особенно, при выборе первой стратегии сборки за один эксперимент) самосборка объекта может занимать несколько дней.

Несмотря на все сложности, которые могут возникнуть, объемные конструкции так привлекательны для исследователей! Ведь объемные объекты, ввиду многообразия возможных форм, могут быть использованы в широком круге самых разных прикладных задач.

Рисунок 5. ДНК-«коробочка» с открывающейся крышкой и молекулярным «замком». Получена в Датском центре ДНК-нанотехнологий в 2009 году. Предполагается, что в будущем такая конструкция будет использоваться для адресной доставки лекарств к определенным клеткам, где она будет открыта при помощи молекулярного «ключа».

Так, используя несколько одинаковых квадратов, ученым удалось собрать полый куб [9] (правда, немного деформированный). Для устранения недостатков конструкции исследователи приделали к этому кубу крышку, которая запиралась на замок нанометровых размеров. Открытием крышки можно было управлять при помощи изменения конформации замка за счет спаривания с небольшими «ДНК-ключами» (рис. 5). Убедиться в том, что куб надежно закрывается на замок и открывается лишь определенным ключом, помог эффект FRET [17]. При этом данная конструкция стала одним из первых в своем роде контейнером для адресной доставки лекарств. Пока только в перспективе, конечно же.

Следующим этапом конструирования 3D объектов стала сборка строительных блоков, которые в дальнейшем скреплялись между собой, как детали конструктора (подробнее об этом можно прочесть в [10]).

Словарик

1. Аптамер — короткая цепочка ДНК, специфически связывающаяся с молекулой-«мишенью». Специальным образом «собранные» аптамеры могут связываться с нуклеиновыми кислотами, белками, полисахаридами и другими молекулами.
2. АСМ — атомно-силовая микроскопия — метод, позволяющий определять структуру поверхности исследуемых образцов посредством сканирования сверхтонким зондом [6].
3. ДНК-шпилька — двухцепочечный участок одноцепочечной молекулы ДНК, образованный в результате комплементарного спаривания между соседними инвертированными последовательностями нуклеотидов.
4. Отжиг — процедура нагрева и постепенного охлаждения раствора с молекулами. При нагреве происходит разрыв слабых молекулярных связей, которые начинают восстанавливаться при охлаждении образца.
5. FRET — резонансный перенос энергии флуоресценции [17].

Применение ДНК-оригами: ДНК-чипы, молекулярные машины и нанороботы

Пока мы затрагивали в основном процесс конструирования и сборки ДНК-оригами, и практически никак не упоминали о том, зачем все это нужно. И действительно, ведь ДНК-структуры разрабатываются не для того чтобы ими любоваться и получать эстетическое удовольствие! Современные ДНК-нанотехнологии направлены на решение нескольких прикладных задач, связанных с медициной, биотехнологией и программированием.

ДНК-конструкции могут нести на поверхности несколько строго ориентированных функциональных групп, специфически связывающих ту или иную молекулу, и, таким образом, регистрировать их присутствие. В самых простых случаях синтезируется специальная ДНК-скрепка с последовательностью, комплементарной молекуле РНК или ДНК в растворе. При использовании АСМ мы можем зафиксировать даже акт единичного связывания такой молекулы, так как при возникновении связи между структурой ДНК-оригами и целевой молекулой, последняя начинает сильно «выпирать» [11]. Это сразу бросается в глаза при анализе изображения.

Использование лигандов или аптамеров позволяет создавать настоящие сенсорные чипы. С их помощью можно регистрировать наличие не только одноцепочечных молекул нуклеиновых кислот, но и интересующих нас молекул белков и других соединений. При удачном стечении обстоятельств, речь может идти об обнаружении даже единичных молекул.

Способность к регистрации можно улучшить, фиксируя структуры ДНК-оригами на поверхности подложки. Подложка при этом заранее размечается методами литографии и травления, после чего обрабатывается специальными химическими соединениями. При правильной подготовке «плацдарма» для посадки, ДНК-структуры выстраиваются точно по порядку в интересующих нас местах и даже в нужной ориентации [12]. В совокупности, последовательность таких операций дает довольно точное размещение на подложке конструкций ДНК-оригами, которые, в свою очередь, служат подложкой для еще более точного размещения исследуемых молекул самой разной природы. Чип для широкого круга регистрируемых химических соединений готов к использованию!

Одним из интереснейших направлений ДНК-нанотехнологий является создание молекулярных машин, которые могли бы проводить разнообразные операции при минимальном участии человека. Например, Нэд Симан с коллегами собрал шагающую ДНК-машину с двумя ногами [13, 14]. На заранее сконструированной подложке (тоже собранной из ДНК) они разместили несколько других простых ДНК-машин, которые держали золотые наночастицы и могли их высвобождать при изменении конформации. Наш «молекулярный пешеход» ходил по подложке (по заранее известной дороге, которую тоже надо было собрать) и, когда оказывался вблизи носителей золота, отбирал у них золотую наночастицу! Заполучив немного золота, наш герой не успокаивался и шел за следующей порцией золотой добычи. По окончанию экспериментов жадный ДНК-пешеход должен был неплохо обогатиться!

Для того, чтобы продемонстрировать возможности программируемого перемещения молекулярных машин, другая группа исследователей собрала ДНК-«паука» с тремя ногами и одним хвостом [15]. (Странный, конечно, паук получился, но мы закроем на это глаза.) К ногам ДНК-«паука» были прикреплены функциональные молекулярные группы, которые позволяли перемещаться по специально созданной для этого трассе. Паук был привязан молекулой-замком за хвост в самом начале своего пути; затем, после связывания молекулы-замка с молекулой-ключом, его отпускали на свободу, и он убегал исследовать мир! Передвижение ДНК-паука было заснято в реальном времени при помощи микроскопии полного внутреннего отражения — его средняя скорость составила 3 нм/мин. Видимо, он не убегал, а скорее с наслаждением прогуливался по своей дорожке.

Большие надежды возлагаются на ДНК-оригами и другие ДНК-нанотехнологии в связи с вопросом адресной доставки лекарственных средств нуждающимся клеткам. К сожалению, это направление не проработано так хорошо, как другие, и всё ещё находится на стадии интенсивных исследований. Остается верить, что открытия, связанные с ДНК-роботами, служащими на благо здравоохранения и человечества в целом, ещё впереди!

Вместо заключения

К настоящему моменту учеными из разных стран собран большой объем экспериментальных данных и описано большое число механизмов на основе ДНК-технологий, которые ещё только предстоит полностью осмыслить и оценить. Уже сейчас подробно описать каждую из полученных структур и её преимущества над другими не представляется возможным. Ведь если только 10 лет назад исследованиями такого рода занималось всего несколько лабораторий во всем мире, сейчас их количество исчисляется несколькими десятками. Относительно будущего данной области науки сказать определенно можно только одно — дальше будет еще интереснее! Чтобы убедить вас в этом, приведем заголовок статьи, которая вышла в апреле 2014 года — «Universal computing by DNA origami robots in a living animal», в которой описано использование ДНК-нанороботов в живых тараканах [16]. Уверяем вас, удивительное будущее не за горами!

1. Seeman N.C. (1982). Nucleic acid junctions and lattices. J. Theor. Biol. 99, 237-247;;
2. Seeman N.C. (2003). DNA in a material world. Nature 421, 427-431;;
3. Chen J., Seeman N.C. (1991). The Electrophoretic Properties of a DNA Cube and its Substructure Catenanes. Electrophoresis 12, 607-611;;
4. Rothemund P.W. (2006). Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature 440, 297-302;;
5. Castro C.E., Kilchherr F., Kim D.N., Shiao E.L., Wauer T., Wortmann P., Dietz H. (2011). A primer to scaffolded DNA origami. Nat. Methods 8, 221-229;;
6. Атомно-силовая микроскопия: увидеть, прикоснувшись;
7. Rajendran A., Endo M., Katsuda Y., Hidaka K., Sugiyama H. (2010). Programmed two-dimensional self-assembly of multiple DNA origami jigsaw pieces. ACS Nano 5, 665-671;;
8. Zhao Z., Liu Y., Yan H. (2011). Organizing DNA origami tiles into larger structures using preformed scaffold frames. Nano Lett. 11, 2997-3002;;
9. Andersen E.S., Dong M., Nielsen M.M., Jahn K., Subramani R., Mamdouh W., Kjems J. (2009). Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid. Nature 459, 73-76;;
10. Элементы: «Наноструктуры из ДНК можно собирать по принципу конструктора „Лего“»;
11. Ke Y., Lindsay S., Chang Y., Liu Y., Yan H. (2008). Self-assembled water-soluble nucleic acid probe tiles for label-free RNA hybridization assays. Science 319, 180-183;;
12. Kershner R.J., Bozano L.D., Micheel C.M., Hung A.M., Fornof A.R., Cha J.N., Wallraff G.M. (2009). Placement and orientation of individual DNA shapes on lithographically patterned surfaces. Nat. Nanotechnol. 4, 557-561;;
13. Omabegho T., Sha R., Seeman N.C. (2009). A bipedal DNA Brownian motor with coordinated legs. Science 324, 67-71;;
14. Gu H., Chao J., Xiao S.J., Seeman N.C. (2010). A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line. Nature 465, 202-205;;
15. Lund K., Manzo A.J., Dabby N., Michelotti N., Johnson-Buck A., Nangreave J., Yan H. (2010). Molecular robots guided by prescriptive landscapes. Nature 465, 206-210;;
16. Amir Y., Ben-Ishay E., Levner D., Ittah S., Abu-Horowitz A., Bachelet I. (2014). Universal computing by DNA origami robots in a living animal. Nat. Nanotechnol. doi: 10.1038/nnano.2014.58;
17. Рулетка для спектроскописта.

biomolecula.ru

Основы моделирования из бумаги

Любой начинающий моделист должен знать основы работы с бумагой. От этих элементарных знаний зависит качество создаваемых бумажных моделей.

Всем следующим приёмам нужно учить детей с малого возраста, чтобы в школе они уже делали это не задумываясь. Как и любая хорошая привычка, азы моделирования нужно довести до автоматизма в сознании ребёнка. Я говорю не только о тех детях, кто хочет заниматься бумажным моделированием, это касается любого ребёнка потому, как именно с работы с бумагой начинается любое творчество и развитие детей! Данный вид деятельности не только способствует творческому развитию, но и развивает в ребёнке усидчивость, аккуратность, моторику рук. Перейдём от теории к практике.

Рабочее место. Позаботьтесь о хорошем, удобном столе и стуле, освещение должно падать из-за левого плеча, при необходимости используйте настольную лампу. Чтобы не выпачкать стол клеем застелите его бумагой, плёнкой или положите лист стекла с зашлифованными краями, чтобы не порезаться.

Помните, что локти рук не должны ложиться на стекло – это вредно для суставов!

Бумага — это то, с чем мы работаем. Следует уделить особое внимание качеству бумаги, мне нравится работать с хорошей бумагой! Хорошая и плохая бумага это как два автомобиля, один Мерседес, а второй Запорожец, на чём вам «ехать» выбирайте сами 🙂 Для начального творчества и несложных игрушек из бумаги лучше всего использовать обыкновенную бумагу, для печати на принтере, формата А4 типа «Снегурочка», она имеет хорошие качества и является самой белоснежной по отношению к другим маркам. Плотность такой бумаги должна быть 80 г/м.

Более сложные модели и игрушки клеят из плотной бумаги или картона. Сегодня картон стали выпускать очень плохого качества и найти хорошие листы очень сложно. Набор картона бывает цветным и белым, из какого картона вы будете клеить модели, выбирайте сами.

Если вам по душе плотная бумага, то я советую приобретать плотную бумагу для черчения. Обратите внимание, чтобы листы в наборе не были скреплены по краю липким клеем, лучше всего, когда листы просто сложены без склейки. Плотность бумаги для черчения может сильно отличаться в разных наборах, поэтому при выборе сравнивайте листы из разных наборов и покупайте самую белую и плотную бумагу.

Если вам нужна супер белая и плотная бумага, то к вашим услугам широкий выбор фотобумаги. На такой бумаге можно распечатывать цветные развёртки. Из листов фотобумаги получаются самые красивые и красочные модели. Для работы выбирайте фотобумагу плотностью от 200 г/м и более, бывает фотобумага почти как плотный картон. В зависимости от будущей бумажной модели можно купить фотобумагу одностороннюю или для двухсторонней печати – это очень удобно!

Для склеивания обычной бумаги годится канцелярский (силикатный) клей, но я всё же советую пользоваться клеем ПВА, в чём разница вы поймёте, когда попробуете клеить и тем и другим. Фотобумагу склеить клеем ПВА возможно получится, но лучше использовать клей Момент. Помните, в продаже бывают разные клеи и дешёвый не значит качественный, поэтому я и привожу вам фотографии того, чем пользуюсь сам.

Намазывать клей можно кисточкой или выдавливать из тюбика прямо на бумажную деталь и размазывать полоской плотной бумаги (используйте обрезки). Если клеите Моментом, то проветривайте помещение, так как клей очень токсичен!

Работа с бумагой. Для бумажного моделирования не нужно много знаний и инструментов.

Основные инструменты: карандаш, нож, стёрка, линейка, циркуль, ножницы.

Карандаш обязательно деревянный, средней твёрдости (буквенное обозначение на карандаше: ТМ, T, F), даже с разной маркировкой карандаши могут не соответствовать качеству, выбирайте внимательно. Нож для заточки карандашей не должен быть слишком длинным!

Помните о том, что порезаться тупым ножом проще, чем острым!

Стёрка обязательно большая и мягкая, чтобы не размазывала карандаш, а стирала его!

Линейка желательно металлическая от 30 до 50 см. Пластмассовые линейки даже новые вообще практически все не имеют ровной линии. Циркуль должен быть жёстким, без шатающихся частей, грифель или карандаш не должны сдвигаться иначе «грошь цена» такому циркулю!

Ножницы могут быть разных размеров, главное, чтобы они не ходили туго и удобно лежали в руке.

Самое сложное в бумажном моделировании это начертить развёртки модели, и без знаний черчения это будет сложно сделать. Если вы не любите самостоятельно разрабатывать модели, то можно взять уже готовые развёртки.

Я расскажу о распространённом приёме качественного сгибания бумаги, чтобы линия сгиба получалась ровной и острой. Для примера я взял два прямоугольника, один я согнул руками без применения каких-либо инструментов, линия получилась просто отвратительная, согнуть таким способом бумагу по прямой начерченной линии очень сложно. Второй прямоугольник я буду гнуть по линии, сделанной иголкой от циркуля под металлическую линейку. Такие действия многие советуют делать отработавшей шариковой ручкой, но найти пустой стержень трудно и линию ручкой вы всё равно не сделаете достаточно качественной, именно поэтому я советую использовать циркуль. Внимание, иголкой можно прорезать бумагу, лучше, если иголка будет затупленной, когда будете проводить линию, нагибайте циркуль в направлении движения почти положив его набок.

Посмотрите на результат, сгиб слева получился ужасным, а сгиб справа очень аккуратным. Попробуйте сами проделать этот эксперимент, вы убедитесь сами в моих словах.

Работа с карандашом. Уделите этому не меньше внимания, чем всему остальному, ведь именно от качества заточки карандаша зависит итоговая работа. Сойдутся у вас при склейке детали или нет, зависит именно от карандаша!

Заточите карандаш остро, чтобы он рисовал тонкую, чёткую линию. Суть даже не в качестве и красоте заточки «деревяшки», а в остроте грифеля. Научитесь точить карандаши ножом или лезвием, а вот про точилку забудьте навсегда!

Будьте осторожны с режущими инструментами!

Теперь поговорим о вырезании. Для резки бумаги нужны острые ножницы! Не стоит точить ножницы путём резки наждачной бумаги, ножницы заточатся, но при этом вы поцарапаете их внутренние боковые грани, они станут резать неаккуратно, будут рвать бумагу. Лучше попросите помощи у кого-нибудь умеющего точить ножницы!

Сложным элементом для вырезания является самый обыкновенный круг. Дети без навыков вырезают вместо круга многогранник, нужно показать и научить их делать это правильно! Для начала нужно вырезать деталь вокруг линии на расстоянии 2-5 мм., чтобы ничего больше не мешало, потом уже вырезать по чистовой линии.

Вырезанный круг не должен иметь никаких углов, только чистая ровная линия!

Нередко приходится вырезать сложные детали с маленькими треугольниками для приклеивания (см. фото). Перед вырезанием такой детали нужно сначала пройтись циркулем по всем местам сгиба, они начерчены штриховой линией. Далее ножницами срезаем лишнюю бумагу по верхушкам треугольников.

В любом направлении сделайте надрезы по одной из сторон треугольника до линии сгиба.

Затем уже с обратной стороны треугольника сделайте второй надрез до того момента пока обрезок бумаги сам не отпадёт, не нужно его из уголка вырывать руками! У вас получится аккуратная деталь, а уголки легко загнуться благодаря заранее проведённой линии иголкой циркуля.

Чтобы нарезать полоски длинные или короткие и сэкономить время, воспользуйтесь металлической линейкой и острым ножом или лезвием. Резать нужно на листе пластика или стекла, чтобы не испортить стол! Крепко прижимайте линейку, иначе она может сдвинуться, вы испортите бумагу.

Часто чтобы склеить цилиндр, например колесо автомобиля, нужно клеить бумагу по окружности, чтобы бумага не сопротивлялась её можно согнуть ножницами или об край стола. Для этого возьмите сложенные ножницы в правую руку, в кулак, приложите сверху полоску бумаги и прижмите большим пальцем правой руки, теперь левой рукой потяните за полоску бумаги, чтобы полоска тёрлась о край ножниц. Тоже можно сделать протянув полоску о край стола.

На этом я заканчиваю знакомство с основами бумажного моделирования, если что-то и не рассказал вам в этой статье, так расскажу в других или вы сами научитесь этому в процессе работы. А я желаю вам творческих успехов и с удовольствием посмотрю на ваши бумажные модели!

modelmen.ru

Из чего можно сделать модель молекулы воды? (Кроме пластилина!)

Из воздушных шариков. Будет не очень похоже, но красиво.

Крышки от бутылок есть? Проткните в них дырки шилом и соедините проволокой как на рисунке в учебнике. Конечно будет хорошо если папа, брат, кто то из мужчин поможет. Только расстояния по больше возьмите, что бы как в теории было.

Лучше вырезать шарики из мармелада разного цвета. Если учитель оценит, то будет 5, а если нет, то выпьете чай с удовольствием.

из чупа чупсов и бормашины )

Да хоть из чего. У нас сейчас в магазинах выбор, слава богу.. .И пластические массы из глины, и тесто для лепки.. .Кстати, да: тесто (даже самодельное) — популярный нынче материал для лепки, особ. если есть, чем его покрасить. Таки, дэвушка, всё-таки, <a rel=»nofollow» href=»http://www.trozo.ru/archives/452″ target=»_blank» >мука и соль</a> в заначке, наверное, найдутся? ЗЫ: лепные изделия из теста для лепки ЗАПЕКАТЬ НЕ НАДО, ибо не пирожки. Зато если кто-то таки рискнёт попробовать «на зуб» — не отравится.

Из шариков для большого тенниса и пин-понга (можно покрасить), из бемаги (смять в шар и обмотать нотками, кстати пластилин также можно декорировать нитками или обычной бумагой. Ещё можно сделать из овощей и фруктов, а после урока подкрепиться или из котлет (только при лепке нужно придать им форму шаров). Да много чего ещё можно придумать!!!!

touch.otvet.mail.ru