investigadores australianos desbloquear secretos de una nano máquina celular

Las mitocondrias se refieren a menudo como las potencias de nuestras células, ya que generan energía química similar a la obtenida a partir de una batería.

Universidad Monash

Las mitocondrias se refieren a menudo como las potencias de nuestras células, ya que generan energía química similar a la obtenida a partir de una batería. Ya se trate de una célula del cerebro, músculo o de la planta, las puertas de enlace de tamaño nanométrico controlan la actividad de la batería mitocondrial, permitiendo cuidadosamente ciertas proteínas y otras moléculas para entrar en nuestras mitocondrias. Algunas de estas proteínas son moléculas grandes y complejas, y sin embargo son esencialmente “espíritu” en desde el citoplasma a la mitocondria, mientras que la membrana mitocondrial permanece estanco al agua e intacto. ¿Cómo sucede esto ha confundido la ciencia durante décadas.

investigadores de Monash, en colaboración con colegas en Japón, han demostrado cómo las moléculas a administrar este viaje subcelular y han visualizado el proceso con el nuevo, de imágenes de resolución atómica – en tiempo real. El descubrimiento revela lo que ha sido un misterio esencial en la biología y se publica el 25 de septiembre en la prestigiosa revista Science.

De acuerdo con el investigador principal, el profesor Trevor Lithgow, desde el recién lanzado Descubrimiento Instituto de Biomedicina (BDI) en la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, el descubrimiento significa que ahora los científicos pueden utilizar la tecnología para determinar cómo cualquier molécula pasa a través de cualquier membrana. “¿Cómo de grandes moléculas como proteínas entrar y salir de las membranas ha sido durante mucho tiempo un misterio. Hemos demostrado que esta tecnología se puede aplicar para resolver los detalles atómicos de escala para todo tipo de vías fundamentales que tienen lugar en las células, abriendo el camino para dirigir aplicaciones para la investigación médica “, dijo.

Profesor Lithgow y su equipo utilizaron una nueva tecnología que permite la expansión sistemática de los códigos genéticos de los organismos vivos para incluir aminoácidos no naturales fuera de lo común veinte. La tecnología se ha utilizado en un puñado de laboratorios fuera de Australia. Profesor Lithgow y el investigador principal, el Dr. Takuya Shiota de la BDI se centraron en el complejo de proteínas TOM, un grande, complicado conjunto de moléculas embebidas en la membrana mitocondrial en formas que tienen los investigadores de largo con factores de confusión. Según el profesor Lithgow TOM 40 ha resistido todos los intentos, usando cristalografía de rayos X y otras técnicas estándar de biología estructural para desbloquear sus secretos de transporte.

El laboratorio Lithgow, trabajando con colegas de Nagoya, Kyoto y de Tokio, intensificó escala de la tecnología haciendo literalmente cientos de re-codificado TOM 40 complejos, cada uno con una novela de aminoácidos 21 adicional. Con lo que terminaron con era un cubo de Rubik de datos tridimensionales, que al final tuvo una solución única que explica la estructura de la proteína compleja TOM 40 y precisa la forma en que funciona como puerta de entrada para la entrada en la mitocondria.

Habiendo demostrado que la tecnología funciona – Profesor Lithgow cree otros laboratorios que trabajan en diversos procesos de la biología celular humana imitarán estos experimentos para determinar cómo operan sus nanomáquinas elegidos. Esto incluye los procesos de daño y reparación del ADN, a eventos de regulación en los trastornos metabólicos y el cáncer. “Esta nueva tecnología ha revelado lo que ha sido un gran desconocido en la biología, y otros misterios celulares ahora están maduros para la cosecha”, dijo.

La investigación es la culminación de más de 15 años de trabajo por el profesor Lithgow, desde el recién lanzado Descubrimiento Instituto de Biomedicina (BDI) en la Universidad de Monash. Comenzó a trabajar en el proceso de cómo las proteínas y otras moléculas entran en la mitocondria como un investigador post-doctoral en el Programa La frontera humana en Basilea, y después de volver a Australia continuó buscando el secreto de TOM 40. “Con este descubrimiento voy a centrar durante un par de años para transferir esta tecnología a través de otros laboratorios en Australia, pero luego me inclinaré a cabo: tendremos entonces contestado todas las preguntas que me han impulsado desde el tiempo en Suiza, ” él dijo.

El trabajo de investigación es la primera de la nueva BDI de Monash que anuncia su presencia con la investigación publicada en Science. Según el profesor John Carroll, Director de la BDI, la investigación es un gran ejemplo del enfoque interdisciplinario que será el sello distintivo del Instituto. “Traemos los científicos de todo todas las disciplinas biomédicas junto con matemáticos, químicos y otros para hacer descubrimientos importantes que proporcionan nueva información crítica acerca de cómo funcionan nuestros cuerpos. El esfuerzo internacional necesario para desbloquear este problema es un gran ejemplo de la naturaleza global de la investigación biomédica moderna. Es esencial trabajar con los mejores y más talentosos científicos, independientemente de dónde se encuentren en el mundo “, dijo.

Primera grafeno superconductor creado por investigadores de la UBC

Universidad de Columbia Britanica

Universidad de British Columbia físicos han sido capaces de crear la primera muestra superconductora grafeno recubriéndolo con atoms.view de litio más

Crédito: Universidad de la Columbia Británica

El grafeno, el material ultra-delgado y ultra-fuerte hecha de una sola capa de átomos de carbono, acaba de recibir un poco más extrema. Universidad de British Columbia (UBC) físicos han sido capaces de crear la primera muestra de grafeno nunca superconductor recubriéndolo con átomos de litio.

Aunque la superconductividad ya se ha observado en grafito intercalado mayor – cristales tridimensionales con capas de átomos de metal alcalino, basado en el grafito utilizado en lápices – superconductividad inducir en el grafeno de una sola capa tiene hasta ahora eludido a los científicos.

“Esta primera realización experimental de la superconductividad en el grafeno promete marcar el comienzo de una nueva era de la electrónica de grafeno y dispositivos cuánticos nanoescala”, dice Andrea Damascelli, director del Instituto de materia cuántica de la UBC y científico principal de theProceedings de la Academia Nacional de Sciencesstudy que describen el descubrimiento .

El grafeno, aproximadamente 200 veces más fuerte que el acero, en peso, es una sola capa de átomos de carbono dispuestos en un patrón de nido de abeja. Junto con el estudio de sus propiedades físicas extremas, los científicos finalmente la esperanza de hacer transistores muy rápidos, semiconductores, sensores y electrodos transparentes usando grafeno.

“Este es un material increíble ‘”, dice Bart Ludbrook, el primer autor del artículo de PNAS y un ex investigador de doctorado en el grupo de Damascelli en la UBC. “Decoración de grafeno monocapa con una capa de átomos de litio mejora de acoplamiento de electrones de fonones del grafeno hasta el punto donde la superconductividad se puede estabilizar.”

Dado el interés científico y tecnológico masiva, la capacidad de inducir la superconductividad en el grafeno de una sola capa promete tener impactos transversales importantes. De acuerdo con los informes financieros, el mercado mundial de grafeno alcanzó $ 9 millones en 2014, con la mayoría de las ventas en los semiconductores, la electrónica, la batería, la energía y las industrias de materiales compuestos.

Los investigadores, que incluyen sus colegas del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido a través del Centro Común de Max-Planck-UBC para Quantum Materiales, prepararon el grafeno decorada-Li en condiciones de ultra alto vacío ya temperaturas ultrabajas (5 K o -449 -267 F o C), para lograr este avance.

Investigadores el desarrollo de la próxima generación de alta potencia lasersUniversity de Strathclyde

Investigadores de la Universidad de Strathclyde están desarrollando innovadores amplificadores de luz a base de plasma que podrían sustituir a la de los amplificadores láser de alta potencia.

El grupo de investigación de la Universidad con sede en Glasgow están liderando esfuerzos para tomar ventaja de plasma, el medio omnipresente que constituye la mayor parte del universo, para hacer que el avance científico significativo.

La próxima generación de láseres de alta potencia debe ser capaz de romper el vacío para producir partículas reales del mar de partículas virtuales. Ejemplo de estos tipos de láser se puede encontrar en la Extreme Light Infrastructure en Bucarest, Praga y Szeged, que están empujando los límites de lo que puede hacerse con luz de alta intensidad.

El profesor Dino Jaroszynski y el Dr. Gregory Vieux de la Facultad de Ciencias de Strathclyde la esperanza de que los acontecimientos pueden producir un amplificador de luz muy compacto y robusto.

Profesor Jaroszynski dijo: “Los láseres que se utilizan actualmente son dispositivos grandes y costosos, que requieren elementos ópticos que pueden ser más de un metro de diámetro. Se requieren grandes rayos láser ya que los materiales ópticos tradicionales son fácilmente dañados por rayos láser de alta intensidad.

“Plasma se descompone completamente átomos, que están separados en sus partes constituyentes de iones cargados positivamente y electrones muy ligeros y móviles, que tienen propiedades únicas en que responden fácilmente a los campos de láser.

“Estamos investigando las limitaciones de este método de amplificación de pulsos cortos de láser en el plasma y esperamos que esto lleve a una solución más compacta y económica.”

La investigación fue publicada inScientific Reportsby los editores de la naturaleza, a través de un documento titulado “pió pulso Raman ampli?cación en el plasma caliente: hacia el control de saturación “. Se sugiere que la captura de electrones y wavebreaking son los principales procesos físicos que limitan la eficiencia de la transferencia de energía en los amplificadores basados ??en plasma.

Los autores han demostrado que chirp bomba (piar similar a la de un Swanni o flauta de émbolo) y la temperatura plasma finito reducir el factor de amplificación. Además, la distribución de electrones térmica (la forma en que las velocidades de las partículas se distribuyen) conduce a la captura de partículas (partículas se atascan en los valles de las olas) y un cambio no lineal de frecuencia (el color de las luces amplificados cambios), que reduce aún más la amplificación. El equipo también sugiere métodos para lograr una mayor eficiencia.

Los investigadores producen primera demostración de la técnica de onda de materia que podrían enfriar moleculesUniversity de Southampton

IMAGEN: Esta es una vista desde el extremo de la cámara de vacío, mostrando bomba de iones, que mantiene el alto vacío, a la izquierda, y las lentes de tubo fotomultiplicador y recolección de la luz a la … ver más

Crédito: Universidad de Southampton

Investigadores de la Universidad de Southampton han demostrado por primera vez que un nuevo método de enfriamiento por láser, basado en la interferencia de las ondas de materia, que se podría utilizar para enfriar moléculas.

Nuestra capacidad para producir muestras de átomos ultra-fríos ha revolucionado la física atómica experimental, que nos da dispositivos de relojes atómicos (el núcleo del GPS) y que permite una amplia gama de dispositivos cuánticos, incluyendo la posibilidad de un ordenador cuántico.

Sin embargo, la técnica actual de átomos de enfriamiento desde la temperatura ambiente al régimen ultra-frío utilizando melaza ópticos (la dispersión preferencial de los fotones láser a partir de una partícula en movimiento que conduce a la ralentización) está limitada a los átomos con estructura electrónica favorable. Como resultado, sólo una pequeña fracción de los elementos atómicos, junto con un grupo selecto de moléculas diatómicas, haberse enfriado de esta manera.

Escribiendo enPhysical Review Letters, el equipo de investigación en Southampton ha proporcionado la primera demostración de prueba de principio de una nueva técnica de enfriamiento por láser, sobre la base de una propuesta de Martin Weitz y premio Nobel de Ted H & # 228; NSCH en 2000, que es, en principio, aplicable a átomos y moléculas aún salvaje por enfriamiento por láser convencional.

Usando el nuevo enfoque, que aprovecha la interferencia cuántica de ondas de materia, el equipo fue capaz de enfriar una muestra de rubidio ya fría hacia abajo cerca del límite de temperatura fundamental de enfriamiento por láser.

La técnica de refrigeración se basa en la interferometría de onda de materia, en el que se coloca un átomo (la onda de materia) en una superposición de estados por un pulso de láser. El átomo viaja simultáneamente a lo largo de dos caminos, que interfieren en un momento posterior, y el impulso impartido al átomo depende de la diferencia entre estos caminos. El mismo fenómeno se puede utilizar para diseñar un dispositivo de metrología extremadamente sensible.

Fundamentalmente, el impulso depende de cómo la diferencia de energía a lo largo de los dos caminos se compara con la energía de los fotones láser, donde se forma la energía del átomo de (configuración de electrones interno) potencial y cinética (partes de movimiento externo).

El truco inteligente detrás Weitz y H & # 228; el esquema de NSCH es hacer que el láser interactúa con los átomos de una manera tal como para eliminar la dependencia de la energía potencial, y por lo tanto la estructura electrónica interna, dejando la interferencia basada únicamente en la cinética la energía de la partícula.

El equipo de Southampton ha demostrado el principio de utilizar interferencia de ondas de materia para enfriar átomos. Sus resultados son un paso significativo hacia el desacoplamiento del mecanismo de enfriamiento de la estructura electrónica interna – el “Santo Grial” de enfriamiento general de láser molecular.

El Dr. Alex Dunning, de Física y Astronomía de la Universidad de Southampton y autor principal del estudio, dijo: “Hay un gran empuje para extender la física ultra-frío para el resto de la tabla periódica para explorar una mayor riqueza de los procesos fundamentales y el desarrollo de nuevas tecnologías y esperamos que nuestra demostración ayudará.

“Mientras que otras técnicas de enfriamiento pueden ser eficaces se limitan a ciertas especies y a menudo requieren una multitud de láseres. Nuestra técnica, si tenemos éxito en su ampliación a Weitz y H & # 228; NSCH es esquema completo, sería una especie de cajón de sastre; progresos realizados hasta ahora en las moléculas de refrigeración tiende a usar los detalles de moléculas específicas, en lugar de ser algo general; por eso esto es emocionante, a pesar de que nuestro experimento real sólo utiliza los átomos “.

El líder del grupo, el Dr. Tim Freegarde, dijo: “Estos excelentes resultados han demostrado que el método es factible y puede dar lugar a átomos más fríos que el enfriamiento Doppler convencional. Para pasar a otros átomos y moléculas requerirá láseres más potentes con pulsos más cortos, del tipo utilizado en la química de control coherente, por lo que el futuro de este método es muy prometedor “.