Unbekannte Energie

Zakia Baiguzhina
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Аннотация: Der dramatische Klimawandel, der mit der Nutzung natürlicher Ressourcen verbunden ist, ist alarmierend und zwingt uns, nach neuen sicheren Energieformen zu suchen. Und es ist Zeit, einen genaueren Blick auf das zu werfen, was uns umgibt, und vor allem auf die lebende Zelle. Die Welt der Zelle bewahrt immer noch ihre Geheimnisse. Es erstaunt, wie sich eine lebende Zelle mit allem Notwendigen versorgt, einschließlich Energie.Vielleicht ist die Entwicklung der Bionanoenergie der Weg zur Lösung eines Umweltproblems.

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5-02-2024, 10:26
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Unbekannte Energie
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Zakia Baiguzhina
Unbekannte Energie

All science is either physics or stamp collecting.

Ernest Rutherford


Die Bedeutung der Energiegewinnung ist eine Wahrheit, die den meisten klar ist. Alles ist darauf aufgebaut. Die Menschheit hat bereits im Altertum gelernt, Feuer zu machen. Die Bedeutung dieses Ereignisses ist groß. Eine Legende erzählt von Prometheus, wie er das Feuer vom Olymp entführt und den Erdlingen übergeben hat, für die er grausam bestraft wurde.

Die Menschen verwendeten zunächst natürliches Feuer, lernten aber später, es selbst zu bekommen.

Der Wert des Feuers als Energiequelle in der fernen Vergangenheit war groß. Es war möglich, eine Mahlzeit zubereiten. Wärmebehandlung zerstört pathogene Mikroorganismen, Parasiten, was die Lebenserwartung erhöhte. An kalten Wintertagen konnte man sich am Feuer warm halten. Die Vorteile liegen auf der Hand. Auch heute noch wird Feuer mit etwas gemütlichem und komfortablem assoziiert.


Die Nutzung von Kohle, Öl, Gas und Atomenergie ist bereits unsere Realität.

Die Entwicklung der Energiewirtschaft bietet enorme Vorteile. Dank der natürlichen Ressourcen ist das Leben viel komfortabler und einfacher geworden. Jeder von uns fühlt und versteht das gut, wenn zum Beispiel aus einem unbekannten Grund der Strom abgeschaltet wird. Und wieder gibt das schwache Kerzenfeuer Licht, wie es einst in den alten Tagen war.

Es gibt aber auch erhebliche Nachteile bei der Entwicklung des Energiesektors. Die Zusammensetzung der Atmosphäre verändert sich aufgrund der Freisetzung von Schadstoffen, die Menge an Kohlendioxid nimmt zu, was aggressiver ist als Sauerstoff, und „die Lungen“ unseres Planeten: Die Dschungel des Amazonasbeckens, die Wälder Sibiriens, können all dies nicht mehr bewältigen.

Die Menschen haben begonnen zu vergessen, dass wir nur ein kleiner Teil der Natur sind und ein wesentlicher Bestandteil davon sind, und diese Vergesslichkeit kann uns alle teuer zu stehen kommen.

Die Aktivitäten der Menschen führen zu dramatischen Veränderungen in der Welt um uns herum. Es ist gut, dass unsere Gesellschaft jetzt versteht und Alarm schlägt, aber manchmal beschränkt sich der Umweltschutz nur auf Worte, helle Reden, und all dies wird nichts ändern. Was wird jetzt wirklich in diese Richtung getan?

Derzeit werden verschiedene Arten alternativer Energie vorgeschlagen. Die führenden Plätze sind von Windenergie und Solarenergie besetzt.

Der Einsatz von Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren ermöglicht es uns in gewissem Maße, die Bevölkerung mit sicherer Energie zu versorgen, die für alle so notwendig ist. Aber diese „umweltfreundlichen“ Arten haben auch ihre Nachteile. Große Flächen werden benötigt, um ausreichend Energie zu erhalten. Jetzt wurde dieses Problem gelöst. Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren werden in Küstengewässern installiert, aber dies löst andere Probleme nicht.

Solarenergie hängt vom Wetter, der Tageszeit und der Saisonalität ab, es ist notwendig, die reflektierende Oberfläche regelmäßig zu reinigen, und der Preis für Sonnenkollektoren ist ebenfalls hoch.

Bei der Nutzung von Windenergie wird die kinetische Energie von Luftmassen in der Atmosphäre in verschiedene geeignete Arten davon umgewandelt. Windenergie ist eine unregelmäßige Energiequelle und hängt von der Stärke des Windes ab. Die Ungleichmäßigkeit ist auch mit dem täglichen und jährlichen Erhalt verbunden. Große Windkraftanlagen sind schwer zu reparieren, es ist schwierig, Teile in einer Höhe von mehr als 100 Metern zu ersetzen. Windkraftanlagen erzeugen Lärm und Vibrationen, so dass sie in einem offenen Bereich platziert werden.

Im Winter bilden sich bei starkem Schneefall eisige Wucherungen, und um Windturbinen zurück zu starten, müssen sie mit den gleichen Mitteln aufgewärmt werden, die Naturschützer so heftig kritisieren.

Es stellt sich heraus, dass heute die „grüne Energie“ ist immer noch unzuverlässig.


Also was tun? Es ist notwendig, die technologische Basis in der bestehenden alternativen Energie zu verbessern und vor allem neue Arten von Energiequellen zu entdecken und zu erforschen, die sichersten und zuverlässigsten. Dazu gehören Nanoenergie, eine der Richtungen, von denen Bionanoenergie ist.

Nanoenergie wird es ermöglichen, viele Probleme zu beseitigen, wie zum Beispiel: sperrige, riesige Kraftwerke, Kesselhäuser, die viele schädliche Substanzen in die Atmosphäre abgeben, Dämme, die schnelle Flüsse blockieren — und all dies wird bereits der Vergangenheit angehören. Das zentralisierte System wird durch eine autonome, punktförmige Stromversorgung ersetzt.

Stellen wir uns eine Stadt der Zukunft vor. Wir werden viele eilige Autos, Linienbusse sehen, aber ohne den erstickenden Rauch. Jeder im Haus, in der Wohnung wird sein eigenes Mini-Elektrizitätswerk haben, bestehend aus einer kleinen Einheit mit mehreren „Batterien“. Nach Ablauf der Zeit warnt ein akustisches oder leuchtendes Signal, dass „eine Batterie“ bereits verbraucht ist und es Zeit ist, sie zu ersetzen. Nachdem wir „die Batterie“ im Geschäft gekauft haben, legen wir sie in das Gerät ein.

Wenn Sie keine Zeit hatten „die Batterie“ auszutauschen, ist dies kein Problem, da die nächste aus dem Block angeschlossen wird und alles wie gewohnt funktioniert.

Aber was ist mit der gebrauchten „Batterie“? Diese "Batterie" kann einfach weggeworfen werden, da sie auf Biopolymeren basiert, die sich im Boden zersetzen und die Umwelt nicht verschmutzen. Aber zum Beispiel werden Blei, Cadmium und Arsen bei der Herstellung von Sonnenkollektoren verwendet.


Bionanoenergie wird riesige Kraftwerke ersetzen können.

Alles klingt natürlich großartig, aber das sind nur unsere Träume, unsere Zukunft. In der Zwischenzeit, heute, brauchen wir jede Energie mit ihren Vorteilen und Nachteilen. Ohne sie ist es schwer vorstellbar, was auf der Erde passieren wird! Das ist allen klar. Dann müssen wir etwas tun. Aber was?

Neue, noch unbekannte Energiequellen zu entdecken und alles Mögliche zu tun, um diese Ressourcen zu finden. Zum Beispiel Nanoenergie und einer ihrer Zweige — Bionanoenergie.

Ein lebendes System ist eine komplexe Struktur. Es ist erstaunlich, wie dieses sich selbst replizierende System autonom existieren und sich selbst mit Energie versorgen kann. Das Lebendige besteht aus Zellen. Ein Komplex von funktionell verschiedenen Zellen, die ein Ganzes bilden, gibt jedem von ihnen Leben wie dem ganzen Organismus.

Wie eine lebende Zelle sich mit der notwendigen Energie versorgt — ist bis zum Ende noch unbekannt. Natürlich ist die Rolle von makroergischen und anderen Molekülen wichtig, aber das ist nicht genug für eine lebende Zelle, für ihre Existenz. Woher bekommt die Zelle dann die Energie? Vielleicht gibt es noch unbekannte Quellen?

Das Hauptmolekül einer lebenden Zelle ist DNA — Desoxyribonukleinsäure. Vielleicht verbirgt sie, was wir suchen?

Die Struktur des DNA-Moleküls ist gut bekannt, und das ist das Verdienst von Francis Harry Compton Crick (1916–2004) und

James Dewey Watson (geboren 1928). Sie veröffentlichten am 25. April 1953 in der Zeitschrift Nature einen Artikel über die räumliche Struktur der DNA.


Die B-Form der DNA kommt hauptsächlich in einer lebenden Zelle vor und hat folgende Struktur.

DNA besteht aus zwei antiparallelen Polynukleotidketten, die spiralförmig um ihre Achse verdreht sind.

An der Peripherie des Moleküls befinden sich Kohlenhydrat-Phosphatketten mit stickstoffhaltigen Heterocyclen im Inneren. Die Zusammensetzung der DNA umfasst vier stickstoffhaltige Basen: Purinen — Adenin und Guanin, Pyrimidinen — Thymin und Cytosin. Aber es gibt Ausnahmen, zum Beispiel, einige Viren haben ein anderes Derivat von Pyrimidin — Uracil.

Die stickstoffhaltigen Basen der einen Parallelkette verbinden sich mit einer bestimmten Base der anderen, gemäß der Chargaff-Regel: Adenin verbindet sich mit Thymin, Guanin mit Cytosin.


Diese Informationen wurden zuvor in anderen Texten veröffentlicht, aber um zu verstehen, wo in der DNA die unbekannte Energiequelle verborgen ist, präsentieren wir sie erneut.


Anordnung der komplementären stickstoffhaltigen Basen in der DNA

(Abbildung — Englische Version)

Adenin (A) Guanin (G) Cytosin (C) Thymin (T)

Desoxyribose

Adenin (A) und Thymin (T)

Stickstoffhaltige Basen sind durch zwei Wasserstoffbindungen verbunden.

Guanin (G) und Cytosin (C)

Stickstoffhaltige Basen sind durch drei Wasserstoffbindungen verbunden.



Es gibt ein weiteres Geheimnis in diesem Molekül, das bisher unbekannt geblieben ist. Das ist RM. Auf dem Schema können Sie die Zahlen sehen. Diese Zahlen zeigen die Summe der Elektronen jeder stickstoffhaltigen Base, die in der DNA enthalten ist.

In Adenin beträgt die Gesamtzahl der Elektronen 69, in Thymin 65, in einem anderen Paar enthält Guanin 77 Elektronen, Cytosin 57.

Nach der Addition, entsprechend der Anordnung der stickstoffhaltigen Basen in den komplementären Paaren, erhalten wir die folgenden Ergebnisse:


Adenin + Thymin = 69 + 65 = 134

Guanin + Cytosin = 77 + 57 = 134


Die Zahl RM ist die Gesamtzahl der Elektronen in den komplementären Ebenen der DNA und beträgt 134.

Was ergibt diese Zahl?

Nach dem Coulomb-Gesetz wirken zwischen den komplementären Paaren stickstoffhaltiger Basen im DNA-Molekül gleiche elektrostatische Abstoßungskräfte.

Die Zahl RM-gibt dem Molekül Stabilität, indem es die DNA gleichmäßig entlang seiner Achse verdreht, um die elektrostatischen Abstoßungskräfte zurückzusetzen.


F¹ = F²… = Fⁿ


Bei der Methylierung von Cytosin wird eine Methylgruppe (— CH₃) aus dem Akzeptor von S-Adenosylmethionin an Cytosin addiert, dieser Vorgang wird durch die Methyltransferase katalysiert, die Anzahl der Elektronen steigt im G-C-Paar, die DNA verdreht sich stärker als Folge der Wirkung von elektrostatischen Kräften (F).

Beim anschließenden übergang von 5-Methylcytosin (5-mC) zu 5-Hydroxymethylcytosin (5-hmC) mit Beteiligung von Tet-Proteinen die Anzahl der Elektronen wieder erhöht, beziehungsweise abstoßende Kräfte wachsen, was zu einer starken Verdrehung der DNA und Spannung in den chemischen Bindungen.

Als nächstes wird 5-Formylcytosin (5-fC), dann 5-Carboxyсytosin (5-caC) gebildet.


Ein wichtiger Verdienst in der Studie der Stadien der Demethylierung gehört zu einer Gruppe von Forschern unter der Leitung von Professor Yi Zhang. Sie entdeckten intermediäre stickstoffhaltige Basen der Demethylierung.


Cytosin → 5-Methylcytosin → 5-Hydroxymethylcytosin → 5-Formylcytosin → 5-Carboxycytosin → Cytosin


Aber wo ist diese unbekannte Energiequelle versteckt?

Bei der Demethylierung der gesamten DNA (nach dem Übergang von 5-Carboxycytosin zu Cytosin) dreht sich das Molekül stark auf, die für die Replikation und andere biochemische Prozesse notwendige Energie wird gebildet.

Es kann daher davon ausgegangen werden, dass DNA eine weitere wichtige Funktion erfüllt — die Zelle mit zusätzlicher Energie in Form von Wärme zu versorgen, die beim Abwickeln des Moleküls entsteht.

Zu Recht wird DNA als Hauptmolekül einer lebenden Zelle bezeichnet.

Dies kann mit einem stark verdrehten Seil verglichen werden: Wenn Sie ein Ende loslassen, wickelt es sich ab.

Die Gene in der DNA machen einen kleinen Teil aus. Der Rest wird manchmal als „Müllteil“(nichtcodierende Desoxyribonukleinsäure) bezeichnet.

Es gibt viele Annahmen und Streitigkeiten über diesen Teil des Moleküls, aber wir interessieren uns für die Existenz dieser bisher unverständlichen Bereiche.

Bei der Demethylierung von DNA über ihre gesamte Länge spielt dieser Teil die Hauptrolle, da beim Abwickeln die für die Durchführung biochemischer Reaktionen notwendige Wärme gebildet wird. Je länger das Molekül ist, desto mehr Wärme wird erzeugt.

Wenn die DNA in der Zelle durch ein langes Molekül dargestellt und nicht in Teile aufgeteilt und in Chromosomen gestapelt wäre, dann wäre das Abwickeln in der Zeit ein langer Prozess. Eine solche Struktur von Chromosomen ist für die Zelle notwendig.

Kleine DNAs sind über Chromosomen verteilt, was ein gleichzeitiges Abwickeln von Molekülen ergibt.

Je mehr G-C-Paare sich in seinem sogenannten Müllteil (nichtcodierende Desoxyribonukleinsäure) befinden, desto schneller wird sich das Molekül abwickeln.

CpG- Dinukleotid sind Regionen der DNA, in denen das Cytosin-Nukleotid dem Guanin-Nukleotid in einer linearen Sequenz folgt. Vielleicht besteht eine der Funktionen von CpG darin, an der Demethylierung aller DNA unter Bildung von Energie teilzunehmen, die für weitere Prozesse notwendig ist. Es gibt nichts Überflüssiges, „nicht funktionelles“ im DNA-Molekül.

Wenn DNA eine weitere wichtige Funktion enthält, die noch unbekannt ist und mit der Energieerzeugung zusammenhängt, ist es dann möglich, dieses Molekül zur Erzeugung umweltfreundlicher Energie zu verwenden?

Vielleicht wird das weitere Studium der DNA zur Entwicklung einer neuen Industrie führen — Bionanoenergie, und unsere Träume von einer wirklich sauberen, grünen Energie werden wahr, und die Worte und Reden der Naturschützer werden endlich durch praktische Ergebnisse ersetzt.




Verwendete Quellen und Literatur:


Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine. Ito S, Shen L, Dai Q, Wu SC, Collins LB, Swenberg JA, He C, Zhang Y. Science. 2011 Sep 2;333(6047):1300-3. doi: 10.1126/ science.1210597. Epub 2011 Jul 21.


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Wikipedia. Chromosom.


Wikipedia. Nichtcodierende Desoxyribonukleinsäure.


Wikiquote. Ernest Rutherford. As quoted in Rutherford at Manchester (1962) by J. B. Birks. The earliest known attribution of the principle to Rutherford was by John Desmond Bernal in 1939.


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