Синоним микросфер фокса

Сидней Фокс
Сидни Уолтер Фокс
Родился	24 марта 1912 г.. Лос-Анджелес
Умер	10 августа 1998 (1998-08-11) (86 лет). Мобил, Алабама
Известен по	микросферам
Scientific карьера
Филдс	Биохимия

Сидни Уолтер Фокс (24 марта 1912 г. — 10 августа 1998 г.) был биохимиком из Лос-Анджелеса, ответственным за открытия в области происхождения биологических систем. Фокс исследовал синтез аминокислот из неорганических молекул, синтез белковых аминокислот и полимеров аминокислот, называемых «протеиноидов », из неорганических молекул и тепловой энергии, и создал то, что, по его мнению, было первая в мире протоклетка из протеиноидов и воды. Он назвал эти глобулы «микросферами». Фокс верил в процесс абиогенеза, когда жизнь самопроизвольно организовывалась из широко известного «изначального супа»; скопления различных простых органических молекул, существовавших до появления жизни на Земле. Он также предположил, что его эксперименты проходили в условиях, подобных тем, что были на изначальной Земле. В своих экспериментах он продемонстрировал возможность создания белковых структур из неорганических молекул и тепловой энергии. Д-р Фокс продолжил создание микросфер, которые, по его словам, очень напоминали бактериальные клетки, и пришел к выводу, что они могут быть похожи на самые ранние формы жизни или протоклетки.

Содержание

• 1 Биография
  • 1.1 Ранние годы
  • 1.2 Академическая карьера
  • 1.3 Последующие годы
• 2 Теории
  • 2.1 Производство аминокислот из неорганических молекул
  • 2.2 Создание протеиноидов
  • 2.3 Сборка протеиноидов в микросферы
• 3 Публикации
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Внешние ссылки

Биография

Ранние годы

Сидни Фокс был сыном Джейкоба Фокса, мастера по изготовлению париков, и Луиза Берман, украинская иммигрантка. Фокс женился на Райе Джоффе Фокс, и у них трое сыновей: Лоуренс, Рональд и Томас. Все трое его сыновей стали учеными. Его семья была еврейкой.

Фокс получил степень бакалавра гуманитарных наук в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе по специальности химия. В 1940 году он получил докторскую степень в Калифорнийском технологическом институте и работал над докторской диссертацией в лаборатории Линуса Полинга, где сблизился с Линусом Полингом.

Академическая карьера

С 1943 по 1955 год Фокс был профессором Государственного колледжа штата Айова. Фокс стал главой химического отдела сельскохозяйственной экспериментальной станции штата Айова с 1949 по 1955 год. В 1955 году Сидни В. Фокс перешел в Государственный университет Флориды и занял должность профессора химии, директора Океанографического института, и директор Института космических биологических наук. В 1964 году доктор Фокс переехал в Университет Майами, где в течение 25 лет был профессором и директором Института молекулярной эволюции. Программа была поддержана Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA ). Доктор Фокс также преподавал в Университете Южного Иллинойса на факультете биологии растений в качестве заслуженного профессора-исследователя. Оттуда Фокс перешел в Университет Южной Алабамы, где в 1993 году получил звание Заслуженного ученого-исследователя в отделе морских наук.

Спустя годы

За 9 лет до смерти Фоксу сделали пятикратное шунтирование. операция и находился в коме 13 недель. Он выжил без каких-либо серьезных нарушений и продолжил свою карьеру. Доктор Фокс продолжал работать профессором до восьмидесятилетнего возраста. В 1996 году, за 2 года до смерти, Фокс был избран членом Международного общества изучения происхождения жизни (ISSOL). Сидни Уолтер Фокс умер в понедельник, 10 августа 1998 года, в городе Мобил, штат Алабама.

Теории

Производство аминокислот из неорганических молекул

Доктор Сидни Фокс основывал свои эксперименты на информации, полученной в эксперименте Миллера-Юри. Эксперимент Миллера-Юри был проведен ученым Стэнли Миллером под руководством Гарольда Юри в начале 1950-х годов.

В эксперименте Миллера-Юри вода кипятилась в колбе с газами водородом, аммиаком и метаном. Газы проходили через аппарат мимо двух электродов, которые производили электрический заряд, который действовал как молния, которая была бы в атмосфере до появления жизни на Земле. Когда газы конденсировались после охлаждения, они падали обратно в кипящую колбу. То, что Стэнли Миллер обнаружил в колбе, когда наблюдал за водой, было кислотами и аминокислотами. Аминокислоты являются необходимыми молекулами «строительного материала» для белков. Эксперимент Стэнли Миллера и Гарольда Юри предполагает, что жизнь образовалась из неорганических молекул, воды и электрического заряда. Предполагается, что эти условия аналогичны условиям изначальной земли.

В 1964 году Фокс и Каору Харада провели эксперимент, дающий аналогичные результаты. В этом эксперименте метан протекал через концентрированный раствор гидроксида аммония, а затем в горячую трубу, содержащую кварцевый песок, при температуре около 1000 ° C. Фокс указал, что вместо кварцевого песка можно использовать силикагель, вулканическую лаву и глинозем. Затем газ абсорбировали холодным водным аммиаком. В результате были получены двенадцать протеиноподобных аминокислот: аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, пролин, тирозин и фенилаланин.

Было проведено множество других подобных экспериментов. группами ученых, такими как Хейнс и Павел, Оро и Камат, Фокс и Виндзор, которые привели к производству аминокислот.

Создание протеиноидов

Один из первых экспериментов доктора Фокса и Каору Харада, связанного с образованием протеиноидов, назвали термической сополимеризацией аминокислот в продукт, похожий на белок. Он был проведен в феврале 1958 года.

Эксперимент начался с L-глутаминовой кислоты, нагретой на масляной бане. DL-аспарагиновая кислота и смесь аминокислот добавляли к L-глутаминовой кислоте и нагревали в течение трех часов на масляной бане под слоем CO 2. Раствор охлаждали, и стеклянный контейнер, в котором он находился, натирали 20 мл воды и оставляли на ночь. Получился зернистый осадок. На следующий день к осадку добавляли 10 мл воды и 10 мл этанола и фильтровали. Твердое вещество, оставшееся после фильтрации, помещали в диализную трубку из целлофана и оставляли на водяной бане на четыре дня. Когда обследовали внутреннюю часть пробирок и сделали хроматограммы, это показало присутствие полипептидных цепей. Фокс назвал эти протеиноподобные структуры «протеиноидами ». Полипептидные цепи состояли из глутаминовой кислоты, аспарагиновой кислоты и аминокислот, и процентное содержание каждой предполагало, что расположение компонентов было неслучайным. Эксперимент должен был напоминать высыхание аминокислот в условиях, подобных тем, что были на изначальной Земле. Для полимеризации аминокислот без катализатора требуются чрезвычайно высокие температуры, около 140–180 ° C. Фокс говорит в своих публикациях, что эти температуры могли быть достигнуты в трех различных сценариях на изначальной Земле; горячие источники, высохшие лагуны и вулканическая магма под давлением.

Эксперимент не доказал, что белки образовывались на исконной земле с использованием в основном тепла, но Фокс и Каору Харада полагали, что если бы протеиноиды можно было синтезировать, используя просто тепло и аминокислоты, образовавшиеся в результате эксперимента Миллера-Юри, тогда дополнительные исследования могут привести к ответу на вопрос, как впервые образовались анаболические реакции, ферментные белки и нуклеиновые кислоты и, в свою очередь, как возникли самые ранние формы жизни.

Фокс отметил, что существуют разные способы постановки эксперимента. Можно также заменить L-глутаминовую кислоту L-глутамином, не нагревая ее на масляной бане, а затем добавить фосфорную кислоту. Фосфорная кислота могла бы действовать как катализатор образования пептидных связей.

Некоторые скептически относятся к экспериментам такого типа. Эти люди считают, что для того, чтобы эксперимент был правдоподобным, пребиотику Земли потребовались бы высокие концентрации лизина, глутаминовой кислоты и аспарагиновой кислоты, потому что они были в высоких концентрациях в эксперименте Фокса. Некоторые считают маловероятным, чтобы на поверхности первобытной Земли было такое распределение аминокислот.

Сборка протеиноидов в микросферы

Др. Фокс утверждает, что источником клетки является микросфера или протоклетка. Микросферы получают путем добавления воды или солевого раствора к соответствующим протеиноидам. Для приготовления микросфер Фокс добавил к горячим протеиноидам 10 мл кипящего солевого раствора и тщательно перемешал. Затем он кипятил раствор в течение тридцати секунд, вынул раствор из его сосуда и вылил его в прохладный сосуд. Когда раствор охладился, он наблюдал за результатами под микроскопом. Один грамм белкового полимера дает до одного миллиарда микросфер с примерно десятью миллиардами молекул протеиноидов в каждой сфере. Фокс говорит, что сборка микросфер занимает около двадцати минут и происходит быстрее и дает более качественные микросферы, если воду (или раствор соли) нагревают перед смешиванием.

Микросферы обладают множеством свойств, аналогичных свойствам клеток.. Полученные микросферы были в основном однородно сферическими, и Фокс полагал, что форма и однородность имитируют форму и однородность кокковых бактерий. Он также считал, что однородность означает наличие сложной системы, которая поддерживает микросферы в равновесии. Микросферы были способны делиться бесполым путем посредством бинарного деления, могли образовывать соединения с другими микросферами и развили двойную мембрану, соответствующую мембране клетки.

Публикации

Сидни. Фокс написал или соавтором около 380 опубликованных работ, девять из которых — книги.

• Фокс, Сидни В. (1965). Происхождение пребиологических систем и их молекулярных матриц. Нью-Йорк: Акад. Pr.
• Фокс, Сидни В., Клаус Доз; с предисловием А. Опарина (1977). Молекулярная эволюция и происхождение жизни (Rev. ed. Ed.). Нью-Йорк: М. Деккер.
• Хо, под редакцией Мэй-Ван; Фокс, Сидней В. (1988). Эволюционные процессы и метафоры. Чичестер: Вайли. стр. 333. ISBN 0-471-91801-6 .
• Fox, Sidney W. (1988). Возникновение жизни: дарвиновская эволюция изнутри. Основные книги.
• Фокс, Сидни В. (1957). Введение в химию белков. Нью-Йорк: Wiley.
• Fox, Sidney W.; Дуэйн Л. Рольфинг, Александр Иванович Опарин (1972). Молекулярная эволюция: добиологическая и биологическая. Нью-Йорк: Plenum Press.
• Fox, Sidney W. (1984). Индивидуальность и детерминизм: химические и биологические основы. Нью-Йорк: Plenum Press.

См. Также

• Абиогенез
• Биохимия
• Микросфера
• Протеиноид
• Стэнли Миллер

Ссылки

Внешние ссылки

• Дейнтит, Джон (18 августа 2008 г.). Биографическая энциклопедия ученых (Третье изд.). CRC Press. ISBN 978-1-4200-7272-3 — через Google Книги.
• «Сидни У. Фокс. Анализ первых лунных камней». 18 августа 1998 г. — через LA Times.
• Fox, Sidney W.; Харада, Каору (1958). «Термическая сополимеризация аминокислот в продукт, напоминающий белок». Наука. 128 (3333): 1214–1214. Bibcode : 1958Sci… 128.1214F. doi : 10.1126 / science.128.3333.1214. JSTOR 1756313. PMID 13592311.
• Фокс, Сидни В. (1957). «Химическая проблема самозарождения». Журнал химического образования. 34 (10): 472. Bibcode : 1957JChEd..34..472F. doi :10.1021/ed034p472.

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Мы познаём окружающий мир, используя свои чувства. Одно из них — осязание — привычная для каждого из нас способность ощущать твердость предметов, фактуру поверхности, давление. Оказывается, каждая клетка нашего тела тоже способна чувствовать механические параметры окружающей среды, реагировать на них или пытаться их контролировать. Механические воздействия играют важную роль в самых разных процессах жизнедеятельности клетки внутри организма — как в норме, так и при патологиях. Более того, каждую клетку можно рассматривать как материальное тело, имеющее определенные механические свойства и способное физически воздействовать на окружающую среду. Именно этими вопросами занимается биомеханика клетки — междисциплинарная область естественных наук, применяющая биофизические методы и подходы для ответа на вопрос: чем же является клетка с точки зрения механики, и какова роль механических сил в её функционировании.

Клетки являются строительными блоками организмов. Обычно работа клетки рассматривается с биологической точки зрения — описываются такие процессы, как потребление энергии, скорость деления, экспрессия генов, активность ферментов и многие другие. Однако в то же время, с точки зрения физики, клетка является материальным объектом с характерными механическими свойствами, определяющими её способность сопротивляться внешним силам или генерировать их. В ходе выполнения своих функций клетки (впрочем, как и сами организмы) подвергаются влиянию огромного количества внешних физических силовых воздействий. Часть из этих сил они намеренно контролируют — например, сохраняя свою форму или перемещаясь в пространстве (как эритроциты, проходящие через узкие капилляры, или фагоциты, мигрирующие к зоне воспаления). Изучением механических свойств клеток, а также многоклеточных организмов и даже отдельных белковых молекул занимается особый раздел биофизики — биомеханика. Выражаясь точнее,

Что же именно изучает биомеханика клетки? Конечно, в первую очередь, это механические свойства самих клеток. Под механическими свойствами здесь понимаются модуль Юнга (обычный или комплексный), вязкость, времена релаксации и другие параметры из механики сплошных сред (подробнее в разделе «Немного о механике сплошных сред»). Их измерение является довольно трудной задачей в силу ряда причин, таких как малые размеры клеток (десятки микрометров), необходимость поддержания их жизнеспособности во время экспериментов, очень низкие значения модулей упругости (на 7–9 порядков ниже, чем для привычных нам материалов — металлов, пластика, стекла). Однако уже сейчас для измерения механических свойств клеток существует довольно широкий набор методов, о которых будет рассказано ниже.

Биомеханика изучает процессы, в которых механические свойства клетки играют ведущую роль. К ним относятся взаимодействия клетки с субстратом, внеклеточным матриксом, другими клетками; движение клетки как целого и отдельных её частей, механизмы механочувствительности и механотрансдукции — преобразования механических сигналов в биохимические. Механический ответ клеток особенно важен при развитии эмбриона, сокращении мышц, работе связок, перемещении клеток в кровеносных сосудах и тканях, при развитии злокачественных опухолей и метастазировании, и это лишь малая часть примеров.

Скелет и мышцы клетки

Что же удалось узнать в ходе экспериментов по изучению механики клетки? Было обнаружено, что для большинства типов клеток ведущую роль в определении их механических свойств играет цитоскелет — динамическая структура, образующая клеточный каркас [1], [2], [16], [31]. Цитоскелет представляет собой сложно структурированную трёхмерную сеть, состоящую из нитей (фибрилл и филаментов) трёх типов: актиновые нити, микротрубочки и промежуточные филаменты. По сравнению со скелетом человека, цитоскелет имеет намного больше функций: это и поддержание формы клетки, и сократительная функция, и обеспечение подвижности, и даже активный внутриклеточный транспорт. Как выяснилось, модуль упругости клетки также сильно зависит от строения цитоскелета — в основном той его части, которая образована актиновыми филаментами. Больше всего актина в мышечных клетках, где он приспособлен для согласованной работы, приводящей к сокращению мышц. В других клетках присутствует его близкий родственник — так называемый немышечный актин. О нём дальше и пойдет речь.

Разрушение актинового цитоскелета приводит к радикальному (в несколько раз) снижению жесткости клетки [3]. Клетки с более развитым и плотным актиновым цитоскелетом имеют более высокий модуль Юнга. Например, было показано, что раковые клетки намного «мягче» здоровых клеток и клеток доброкачественных опухолей, и что их актиновый цитоскелет более дезорганизован (рис. 2) [4]. Модуль Юнга может выступать своего рода маркером для выявления раковых клеток на ранних стадиях заболевания [5]. Возможно, пониженная жесткость и высокая эластичность помогают раковым клеткам перемещаться во внутритканевых полостях и проходить через стенки сосудов во время метастазирования. Регистрируемые изменения в механических свойствах клеток происходят и при других заболеваниях [6].

Клеточное осязание

Оказалось, что клетки даже в состоянии покоя находятся в напряженном состоянии [8]. За счет работы молекулярных моторов актиновые фибриллы стремятся сократиться и оказывают деформирующее воздействие на субстрат. Была выявлена способность клеток чувствовать жесткость окружающей среды и подстраиваться под неё (механочувствительность) [9]. Например, клетки могут двигаться в направлении градиента жесткости — явление, которое называется дуротаксис [9], — или по градиенту натяжений — тензотаксис [10]. Эти способности особенно важны при эмбриогенезе, когда происходят скоординированные движения групп клеток: механические напряжения и натяжения приводят к самоорганизации клеточных масс [11].

Клетки, растущие на более жестких субстратах, обычно имеют более развитый цитоскелет и сами становятся жестче [9]. Жесткость субстрата оказывает влияние на дифференцировку стволовых клеток. Так, мезенхимальные стволовые клетки [12], растущие на матриксах с модулем Юнга как у мягких тканей мозга, дифференцируются в нейроны (нейрогенная дифференцировка) [13]. Рост на жестких матриксах приводит к появлению остеобластов (остеогенная дифференцировка), а на матриксах с жесткостью как у мышечной ткани — мышечных клеток (миогенная дифференцировка) (рис. 3).

Механизмы механочувствительности в настоящее время до конца не ясны. Основными кандидатами на роль сенсоров, чувствующих упругие свойства окружающей среды, являются фокальные адгезии и адгезионные контакты [14]. Это трансмембранные белковые комплексы, связанные с актиновым цитоскелетом с внутриклеточной стороны (рис. 4). Первые образуются между клеткой и субстратом, вторые — между самими клетками. Актиновый цитоскелет генерирует определенную силу натяжения, и эта сила может передаваться и на фокальные адгезии, и на адгезионные контакты, а через них — соответственно на субстрат или соседние клетки. Если субстрат имеет достаточно высокий модуль упругости, то на белки фокальных адгезий будут действовать значительные растягивающие силы. В итоге могут произойти разворачивание отдельных доменов, составляющих фокальные адгезии белков, появление мест связывания для регуляторных молекул и другие процессы, которые, в конечном счете, ведут к запуску регуляторных каскадов. Вышесказанное может относиться и к адгезионным контактам. Гипотетически возможно даже воздействие внешних сил через актиновый цитоскелет напрямую на клеточное ядро с изменением структуры хроматина и профиля экспрессии генов [15].

Кроме этого, в мембране клеток были обнаружены механозависимые ионные каналы, способные активироваться при растяжении мембраны [17]. Возможно, они участвуют в поддержании и регуляции объема клетки, а также в механорецепции. Механорецепторы — специализированные структуры, образованные группами клеток с участием нервных волокон. Они преобразуют механические сигналы в нервный импульс и, таким образом, служат для восприятия этих сигналов организмом. К ним относятся тактильные рецепторы кожи, механорецепторы вестибулярного аппарата, звуковые рецепторы и другие.

3D vs 2D

На поведение клеток влияет не только жесткость субстрата, но и микрорельеф поверхности, а также тип и плотностью лигандов, участвующих в образовании фокальных адгезий [18]. Кардинальные изменения происходят при помещении клетки в трёхмерный матрикс. Культивирование в трёхмерных (3D) матриксах намного ближе к нативным условиям, чем выращивание клеток в традиционных чашках Петри с плоским дном. В 3D-матриксах с правильно подобранными составом, структурой и механическими свойствами клети могут формировать ткани и органоподобные структуры, повторяющие структуру и функции органа их происхождения.

Например, эпителиальные клетки молочных желез человека, растущие на поверхности культурального пластика, утрачивают присущие им in vivo характеристики, в том числе и способность к синтезу молока — лактации. Однако стоит их поместить в трёхмерную среду, соответствующую по жесткости ткани молочной железы и содержащую белки внеклеточного матрикса — и через некоторое время клетки начнут формировать замкнутые полости — аналоги ацинусов (структурно-функциональная единица молочной железы) — и синтезировать в них молоко (рис. 5) [19]. Интересно, что клетки рака молочной железы, помещенные в аналогичные условия, формируют лишь неупорядоченные скопления [20]. Что еще более интересно, если слегка изменить взаимодействия между матриксом и раковыми клетками (добавить всего лишь один ингибитор, действующий на белки фокальных адгезий), то они приобретут фенотип, характерный для здоровых клеток, и также начнут формировать полости и производить молоко [21]. Описанный выше случай — один из примеров преобладания условий среды над генотипом: генотип раковой клетки изменён, но микроокружение заставляет её вернуться к здоровому фенотипу.

Механические взаимодействия между клетками играют важную роль в тканевой инженерии. Проводятся попытки создания искусственных органов на основе искусственных или естественных каркасов, поддерживающих правильное пространственное взаимодействие между клетками и внеклеточным матриксом. Например, для искусственного выращивания почки крысы исследователями был использован остов почки другой, погибшей крысы [22], [23]. Остов был получен путём удаления всех клеток и представлял собой лишь внеклеточные структурные элементы — трёхмерный каркас органа. Дальше он «заселялся» двумя типами клеток: формирующими сосуды и остальную ткань почки. Трёхмерная структура почки восстанавливалась, и после трансплантации крысе она начинала работать, хотя и менее эффективно, чем естественный аналог.

Взаимодействия с соседними клетками и с внеклеточным матриксом в условиях организма также важны при развитии эмбриона и при патологиях, таких как развитие опухолей. Поверхностные опухоли часто можно диагностировать путем пальпации — ощупывания, ручного обследования больного. Опухоль проявляется как плотное, бугристое, неопределенной формы образование. На первый взгляд, здесь есть противоречие с ранее представленным фактом, что раковые клетки становятся мягче, чем обычные. Ответ, по-видимому, заключается в том, что кроме увеличения мягкости клеток происходит увеличение жесткости окружающего их внеклеточного матрикса, что и чувствуется при пальпации. Раковые клетки стимулируют увеличение жесткости матрикса, так как жесткий матрикс в ответ стимулирует размножение раковых клеток, и скорость роста опухоли увеличивается [24].

Методы биомеханики клетки: как это работает

Развитие биомеханики клетки как самостоятельной науки напрямую связано с развитием её методической базы. Многие методы пришли из области физики и были адаптированы для работы с биологическими образцами. Условно методы изучения механических свойств клеток можно разделить на активные и пассивные. К активным относят те методы, которые в процессе измерения прикладывают к клетке некоторую силу и регистрируют ее отклик. Такими методами являются, например атомно-силовая микроскопия (АСМ), различные виды индентирования (синонимы — продавливание, углубление), оптический и магнитный пинцеты, всасывание в микропипетку и другие [8], [25], [26].

Для примера остановимся более подробно на экспериментах по наноиндентированию с помощью атомно-силового микроскопа. Принцип действия АСМ заключается во взаимодействии наноразмерной иглы (кантилевера) с образцом [27]. Благодаря особенностям конструкции с помощью атомно-силового микроскопа можно измерять силы порядка наноНьютон и осуществлять перемещение зонда с нанометровой точностью. Для измерения механических свойств проводят силовую спектроскопию — снятие силовых кривых в ходе эксперимента по индентированию (продавливанию) объекта зондом. Грубо говоря, чем тверже объект, тем сильнее он сопротивляется продавливанию.

Пассивные методы не прикладывают силовых воздействий к клетке напрямую. Они изучают её собственную механическую активность и способность к генерации сил. Сюда можно отнести методы микрореологии и микроскопию сил натяжения. Методы микрореологии основаны на наблюдении движения микрочастиц в клетке — как эндогенных (например, липидные гранулы), так и искусственно введенных [28]. Наблюдая броуновское движение частицы в идеально вязкой жидкости можно определить механические свойства этой жидкости (в данном случае вязкость) с помощью уравнения Стокса-Эйнштейна. Если же частица находится не в вязкой жидкости, а в вязко-упругой среде, то, конечно, уравнения, описывающие её поведение, примут намного более сложный вид. Тем не менее, существующие модели позволяют извлечь из экспериментальных данных параметры среды — комплексный модуль Юнга, а также изучить его вариации в различных областях клетки.

Другая экспериментальная процедура — микроскопия сил натяжения, — как следует из названия, изучает генерируемые клеткой силы, которые действуют на подлежащий субстрат и растягивают его [29]. На практике это осуществляется следующим образом. На основе акриламида (или других материалов) изготавливают тонкие и мягкие гели-подложки, несущие в себе флуоресцентные микрочастицы. Клетки, растущие на такой подложке, деформируют её, в результате чего происходит смещение микрочастиц. Анализируя эти смещения и зная свойства геля, можно рассчитать силы, сгенерированные клеткой и вызвавшие эти смещения. Также можно построить карты распределения этих сил и найти места их приложения.

Наблюдение за поведением и динамикой клеток на субстратах различной жесткости и с различным микро- и нанорельефом, под потоковым или растягивающим воздействиями, в трёхмерных матриксах — все это является важным источником информации в биомеханике. Огромную роль в подобных экспериментах играют оптическая микроскопия (конфокальная лазерная сканирующая и другие разновидности), а также моделирование. При помощи микроскопии проводятся исследования структуры цитоскелета.

Создание моделей для физического описания клетки помогает упорядочить получаемые данные и сделать предсказания о поведении клетки в различных условиях [30]. Часть моделей пытается описать клетку как сплошную среду, состоящую из слоёв/компонентов с различными свойствами. По большей части эти модели взяты из механики сплошных сред. Например, сейчас большой популярностью пользуется модель, описывающая клетку как мягкое стекловидное тело, находящееся вблизи точки стеклования [30]. Применяются также модели Максвелла, Кельвина (представляющие собой различные комбинации пружин и вязких элементов) и более сложные. Другой подход основан на изучении внутренних микро- и наноструктур клетки, их индивидуальных механических свойств и взаимодействий, влияющих на механику всей клетки. В таких моделях основная роль отводится обычно элементам цитоскелета и клеточной мембране.

	Атомно-силовая микроскопия. С помощью кантилевера с микросферой на конце осуществляется индентирование (продавливание) клетки. Кантилевер опускается вертикально вниз и начинает продавливать клетку. Чем мягче клетка, тем больше величина продавливания [3].
	Оптический и магнитный пинцет. Перемещение микросферы осуществляется с помощью оптической ловушки или магнитного поля (частица должна обладать магнитными свойствами) [26].
	Всасывание в микропипетку. Микропипетка находится в контакте с поверхностью клетки. В пипетке создается пониженное давление, в результате чего клетка начинает засасываться внутрь неё. Наблюдая за этим процессом, можно определить различные механические параметры клетки [26].
	Методы микрореологии. Группа методов, основанная на изучении поведения микрочастиц внутри клетки, как эндогенных, так и искусственно введенных. Броуновское движение микрочастиц отражает свойства среды, в которой они находятся [28].
	Микроскопия сил натяжения. Клетки сажают на специальные подложки, сделанные из мягких гелей и несущие в себе флуоресцентные микрочастицы. Клетка деформирует субстрат и смещает микрочастицы. По этим смещениям можно рассчитать места приложения, направления и модули сил [29].

Заключение

В рамках небольшого обзора невозможно полностью осветить многообразие направлений биомеханики клетки. Множество прорывов было сделано и в смежных областях науки: механике тканей, органов и целого организма, с одной стороны, и механике единичных молекул — с другой. Многие методы биомеханики сейчас находятся в стадии развития и еще не полностью реализовали свой потенциал. Когда-нибудь они раскроют истинную роль сил и механических напряжений в жизни клетки, при развитии нового организма и при патологиях.

1. Васильев Ю.М. (1996). Клетка как архитектурное чудо. Часть I. Соросовский образовательный журнал. 2;
2. Васильев Ю.М. (1996). Клетка как архитектурное чудо. Часть II. Соросовский образовательный журнал. 4;
3. Christian Rotsch, Manfred Radmacher. (2000). Drug-Induced Changes of Cytoskeletal Structure and Mechanics in Fibroblasts: An Atomic Force Microscopy Study. Biophysical Journal. 78, 520-535;
4. Małgorzata Lekka, Katarzyna Pogoda, Justyna Gostek, Olesya Klymenko, Szymon Prauzner-Bechcicki, et. al.. (2012). Cancer cell recognition – Mechanical phenotype. Micron. 43, 1259-1266;
5. Małgorzata Lekka. (2012). A tip for diagnosing cancer. Nature Nanotech. 7, 691-692;
6. Hayden Huang, Roger D. Kamm, Richard T. Lee. (2004). Cell mechanics and mechanotransduction: pathways, probes, and physiology. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 287, C1-C11;
7. Q.S. Li, G.Y.H. Lee, C.N. Ong, C.T. Lim. (2008). AFM indentation study of breast cancer cells. Biochemical and Biophysical Research Communications. 374, 609-613;
8. Karen E Kasza, Amy C Rowat, Jiayu Liu, Thomas E Angelini, Clifford P Brangwynne, et. al.. (2007). The cell as a material. Current Opinion in Cell Biology. 19, 101-107;
9. D. E. Discher. (2005). Tissue Cells Feel and Respond to the Stiffness of Their Substrate. Science. 310, 1139-1143;
10. L. V. Beloussov, N. N. Louchinskaia, A. A. Stein. (2000). Tension-dependent collective cell movements in the early gastrula ectoderm of Xenopus laevis embryos. Development Genes and Evolution. 210, 92-104;
11. Lev V. Beloussov, Vassily I. Grabovsky. (2006). Morphomechanics: goals, basic experiments and models. Int. J. Dev. Biol.. 50, 81-92;
12. Ствол и ветки: стволовые клетки;
13. Adam J. Engler, Shamik Sen, H. Lee Sweeney, Dennis E. Discher. (2006). Matrix Elasticity Directs Stem Cell Lineage Specification. Cell. 126, 677-689;
14. Andrew W Holle, Adam J Engler. (2011). More than a feeling: discovering, understanding, and influencing mechanosensing pathways. Current Opinion in Biotechnology. 22, 648-654;
15. Ning Wang, Jessica D. Tytell, Donald E. Ingber. (2009). Mechanotransduction at a distance: mechanically coupling the extracellular matrix with the nucleus. Nat Rev Mol Cell Biol. 10, 75-82;
16. Васильев Ю.М. (1999). Клетка как архитектурное чудо. Часть III. Соросовский образовательный журнал. 8;
17. Diana E. Jaalouk, Jan Lammerding. (2009). Mechanotransduction gone awry. Nat Rev Mol Cell Biol. 10, 63-73;
18. Adam Engler, Lucie Bacakova, Cynthia Newman, Alina Hategan, Maureen Griffin, Dennis Discher. (2004). Substrate Compliance versus Ligand Density in Cell on Gel Responses. Biophysical Journal. 86, 617-628;
19. Ben Short. (2009). Mina Bissell: Context is everything. J Cell Biol. 185, 374-375;
20. O. W. Petersen, L. Ronnov-Jessen, A. R. Howlett, M. J. Bissell. (1992). Interaction with basement membrane serves to rapidly distinguish growth and differentiation pattern of normal and malignant human breast epithelial cells.. Proceedings of the National Academy of Sciences. 89, 9064-9068;
21. V.M. Weaver, O.W. Petersen, F. Wang, C.A. Larabell, P. Briand, et. al.. (1997). Reversion of the Malignant Phenotype of Human Breast Cells in Three-Dimensional Culture and In Vivo by Integrin Blocking Antibodies. J Cell Biol. 137, 231-245;
22. Стасевич К. (2013). Заново выращенная искусственная почка может заменить настоящую. «Новостей.COM»;
23. Тканевая инженерия — окно в современную медицину;
24. Sui Huang, Donald E. Ingber. (2005). Cell tension, matrix mechanics, and cancer development. Cancer Cell. 8, 175-176;
25. S SURESH. (2007). Biomechanics and biophysics of cancer cells☆. Acta Biomaterialia. 3, 413-438;
26. Brenton D. Hoffman, John C. Crocker. (2009). Cell Mechanics: Dissecting the Physical Responses of Cells to Force. Annu. Rev. Biomed. Eng.. 11, 259-288;
27. Атомно-силовая микроскопия: увидеть, прикоснувшись;
28. B. D. Hoffman, G. Massiera, K. M. Van Citters, J. C. Crocker. (2006). The consensus mechanics of cultured mammalian cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103, 10259-10264;
29. James H-C. Wang, Jeen-Shang Lin. (2007). Cell traction force and measurement methods. Biomech Model Mechanobiol. 6, 361-371;
30. C.T. Lim, E.H. Zhou, S.T. Quek. (2006). Mechanical models for living cells—a review. Journal of Biomechanics. 39, 195-216;
31. Васильев Ю.М. (2000). Клетка как чудо архитектуры. Часть IV. Соросовский образовательный журнал. 6.

From Wikipedia, the free encyclopedia

Sidney Fox
Sidney Walter Fox
Born	24 March 1912 Los Angeles, California, U.S
Died	10 August 1998 (aged 86)[1] Mobile, Alabama
Alma mater	University of California, Los Angeles (BA); California Institute of Technology (Ph.D.)
Known for	Microspheres, studies of the origins of life
Scientific career
Fields	Biochemistry
Institutions	Iowa State College, Florida State University, University of Miami, Southern Illinois University, University of South Alabama

Sidney Walter Fox (24 March 1912 – 10 August 1998) was a Los Angeles-born biochemist responsible for discoveries on the origins of biological systems. Fox explored the synthesis of amino acids from inorganic molecules, the synthesis of proteinous amino acids and amino acid polymers called «proteinoids» from inorganic molecules and thermal energy, and created what he thought was the world’s first protocell out of proteinoids and water. He called these globules «microspheres». Fox believed in the process of abiogenesis where life spontaneously organized itself from the colloquially known «primordial soup;» poolings of various simple organic molecules that existed during the time before life on Earth. He also suggested that his experiments possessed conditions that were similar to those of primordial Earth.

In his experiments, Fox demonstrated that it is possible to create protein-like structures from inorganic molecules and thermal energy. Fox went on to create microspheres that he said closely resembled bacterial cells and concluded that they could be similar to the earliest forms of life or protocells.

Biography[edit]

Early years[edit]

Sidney Fox was the son of Jacob Fox, a wig-maker,^[2] and Louise Berman, a Ukrainian immigrant.^[3] Fox married Raia Joffe^[3] Fox and they had three sons: Lawrence, Ronald, and Thomas. All three of his sons became scientists.^[4] His family was Jewish.^[3]

Fox obtained a Bachelor of Arts degree from University of California, Los Angeles^[4] in Chemistry.^[5] He went on to earn a Ph. D. from California Institute of Technology^[4] in 1940^[6] and did his postdoctoral work at the Linus Pauling Laboratory where he grew close with Linus Pauling.^[5]

Academic career[edit]

From 1943 to 1955, Fox was a full professor at Iowa State College. Fox became the head of the Iowa Agricultural Experimental Station’s Chemistry Department from 1949 to 1955. In 1955, Sidney W. Fox moved to Florida State University and held the position of Professor of Chemistry, Director of the Oceanographic Institute, and Director of the Institute for Space Biosciences.^[4] In 1964, Fox moved to the University of Miami where he was a professor and the director of the Institute for Molecular Evolution for 25 years.^[5] The program was supported by the National Aeronautics and Space Administration (NASA).^[5] Fox also taught at the Southern Illinois University in the Department of Plant Biology as a Distinguished Research Professor.^[4] From there, Fox moved to the University of South Alabama where he was entitled Distinguished Research Scientist in the Marine Sciences department in 1993.^[4]

Later Years[edit]

9 Years before his death, Fox underwent quintuple bypass surgery and was in a coma for 13 weeks. He survived without any major impairment and carried on with his career.^[3] Fox continued working as a professor up into his eighties.^[4] In 1996, 2 years before his death, Fox was elected Fellow of the International Society for the Study of the Origin of Life or ISSOL.^[4] Sidney Walter Fox died on Monday, August 10, 1998 in Mobile, Alabama.^[5]

Theories[edit]

The production of amino acids from inorganic molecules[edit]

Sidney Fox based his experiments off of the information found in the Miller–Urey experiment. The Miller–Urey experiment was performed by scientist Stanley Miller under the guidance of Harold Urey in the early 1950s.^[7]

In the Miller–Urey experiment, water was boiled in a flask with the gases hydrogen, ammonia, and methane. The gases flowed through the apparatus past two electrodes that produced an electrical charge that acted as the lightning that would have been in the atmosphere before life on Earth. When the gases condensed after being cooled down, they fell back into the boiling flask. What Stanley Miller found in the flask when he observed the water were acids and amino acids. Amino acids are the necessary «building block» molecules for proteins. Stanley Miller and Harold Urey’s experiment suggests that life formed from the presence of inorganic molecules, water, and electrical charge. These conditions are assumed to be similar to those of primordial earth.^[7]

In 1964, Fox and Kaoru Harada performed an experiment yielding similar results. In this experiment, methane flowed through a concentrated solution of ammonium hydroxide and then into a hot tube containing silica sand at about 1000 °C. Fox indicated that silica gel, volcanic lava, and alumina could be used in place of silica sand. The gas was then absorbed in cold, aqueous ammonia. The result was twelve protein-like amino acids: aspartic acid, glutamic acid, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, threonine, proline, tyrosine, and phenylalanine.^[8]

Many other similar experiments were carried out by teams of scientists such as Heyns and Pavel, Oro and Kamat, and Fox and Windsor that led to the production of amino acids.^[8]

The creation of proteinoids[edit]

One of the first experiments by Fox and Kaoru Harada that had to do with the formation of proteinoids was called Thermal Copolymerization of Amino Acids to a Product Resembling Protein. It was performed in February 1958.^[9]

The experiment began with L-glutamic acid heated in an oil bath. DL-aspartic acid and an amino acid mixture were added to the L-glutamic acid and heated for three hours in the oil bath under a layer of CO₂. The solution was cooled and the glass container it was in was rubbed with 20 mL of water and sat overnight. The result was a grainy precipitate. The next day, 10 mL of water and 10 mL of ethanol were added to the precipitate and filtered. The solid left over from filtering was put in cellophane dialysis tubing and left in a water bath for four days. When the inside of the tubes were observed and chromatograms were taken, it showed the presence of polypeptide chains. Fox called these protein-like structures «proteinoids.» The polypeptide chains were composed of glutamic acid, aspartic acid, and amino acids and the percentages of each suggested that the arrangement of the constituents were non-random. The experiment was meant to resemble the drying-out of amino acids in similar conditions to those of primordial Earth.^[9] Extremely high temperatures, around 140-180 °C, are required to polymerize amino acids without a catalyst. Fox says in his publications that these temperatures could have been reached in three different scenarios on primordial Earth; hot springs, dried-up lagoons, and pressurized volcanic magma.^[10]

The experiment did not prove that proteins were formed on primordial earth using primarily heat, but Fox and Kaoru Harada believed it suggested that if proteinoids could be synthesized using just heat and the amino acids formed from the Miller–Urey experiment, then more research could lead to an answer to how anabolic reactions, enzymatic proteins, and nucleic acids were first formed and in turn, how the earliest forms of life originated.^[9]

Fox noted that there were various ways of setting up the experiment. One could also replace L-glutamic acid with L-glutamine without preheating it in an oil bath and then add phosphoric acid. The phosphoric acid would act as a catalyst for the formation of peptide bonds.^[9]

There are some that are skeptical of this type of experiment. These people believe that for the experiment to be plausible, prebiotic Earth would have needed high concentrations of the lysine, glutamic acid, and aspartic acid because they were at high concentrations in Fox’s experiment. Some believe it is unlikely that primordial Earth had such a distribution of amino acids available on its surface.^[6]

The assembly of proteinoids into microspheres[edit]

Fox claims that the origin of the cell is a microsphere or protocell. Microspheres are made from the addition of water or salt solution to the appropriate proteinoids. To prepare microspheres, Fox added 10 mL of boiling salt solution to the hot proteinoids and stirred carefully. Then, he boiled the solution for thirty seconds, removed the solution from its vessel, and poured it into a cool vessel. When the solution was cooled, he observed the results under a microscope. One gram of protein polymer yields up to one billion microspheres with about ten billion molecules of proteinoid in each sphere. Fox says that the assembly of microspheres takes about twenty minutes and is more immediate and produces better microspheres if the water (or salt solution) is heated prior to mixing.^[8]

Microspheres have multiple properties that are similar to those of cells. The microspheres produced were mostly uniformly spherical and Fox believed that the shape and uniformity mimics that of coccoid bacteria. He also believed that the uniformity meant that there was a sophisticated system that kept the microspheres at equilibrium. The microspheres were able to asexually divide via binary fission, could form junctions with other microspheres, and developed a double membrane corresponding to that of a cell.^[8]

Publications[edit]

Sidney Fox wrote or co-wrote about 380 published works, nine of which are books.^[4]

• Fox, Sidney W. (1965). The origins of prebiological systems and of their molecular matrices. New York: Acad. Pr.
• Fox, Sidney W., Klaus Dose ; with a foreword by A. Oparin (1977). Molecular evolution and the origin of life (Rev. ed. ed.). New York: M. Dekker.
• Ho, edited by Mae-Wan; Fox, Sidney W. (1988). Evolutionary processes and metaphors. Chichester: Wiley. pp. 333. ISBN 0-471-91801-6.
• Fox, Sidney W. (1988). The emergence of life: Darwinian evolution from the inside. Basic Books.
• Fox, Sidney W. (1957). Introduction to protein chemistry. New York: Wiley.
• Fox, Sidney W.; Duane L Rohlfing, Aleksandr Ivanovich Oparin (1972). Molecular evolution: prebiological and biological. New York: Plenum Press.
• Fox, Sidney W. (1984). Individuality and determinism: chemical and biological bases. New York: Plenum Press.

See also[edit]

• Abiogenesis
• Biochemistry
• Microsphere
• Proteinoid
• Stanley Miller

References[edit]

External links[edit]

• Daintith, John (18 August 2008). Biographical Encyclopedia of Scientists (Third ed.). CRC Press. ISBN 978-1-4200-7272-3 – via Google Books.
• «Sidney W. Fox; Analyzed First Moon Rocks». 18 August 1998 – via LA Times.
• Fox, Sidney W.; Harada, Kaoru (1958). «Thermal Copolymerization of Amino Acids to a Product Resembling Protein». Science. 128 (3333): 1214. Bibcode:1958Sci…128.1214F. doi:10.1126/science.128.3333.1214. JSTOR 1756313. PMID 13592311.
• Fox, Sidney W. (1957). «The chemical problem of spontaneous generation». Journal of Chemical Education. 34 (10): 472. Bibcode:1957JChEd..34..472F. doi:10.1021/ed034p472.

Все словари русского языка: Толковый словарь, Словарь синонимов, Словарь антонимов, Энциклопедический словарь, Академический словарь, Словарь существительных, Поговорки, Словарь русского арго, Орфографический словарь, Словарь ударений, Трудности произношения и ударения, Формы слов, Синонимы, Тезаурус русской деловой лексики, Морфемно-орфографический словарь, Этимология, Этимологический словарь, Грамматический словарь, Идеография, Пословицы и поговорки, Этимологический словарь русского языка.

фокс

фокс (fox) джон

фокс (fox) льюк

фокс (fox) майкл

фокс (fox) чарлз джеймс

фокс джон

фокс джордж

фокс кесада висенте

фокс льюк

фокс майкл

фокс сидни

фокс чарлз джеймс

фокс-терьер

фокса бассейн

фоксе

фоксик

фоксим

фоксофрис

фокстеррьер

фокстерьер

фокстерьеры

фокстрот

фокстротик

фокстротировать

фокстротист

фокстротистка

фокстротный

фоксхаунд

фоксхаунд американский