Vai enzīmiem ir iebūvētas dzesēšanas sistēmas?

Pētījums par to, kā molekulārās mašīnas saliek un uztur mūsu ķermeņus, ir viena no mūsu paaudzes noteicošajām zinātnēm. Jo vairāk mēs uzzinām par šīm mašīnām, jo ​​sarežģītākas un jaudīgākas tās šķiet.

Viena no visām mašīnām kopīga iezīme ir tā, ka tās vislabāk darbojas noteiktā temperatūras diapazonā. Daudzām cilvēku būvētām mašīnām ir sarežģītas sistēmas temperatūras uzturēšanai. Tāpat daudzām evolūcijas gaitā ražotajām mašīnām ir ārkārtīgi efektīvas siltuma pārvaldības sistēmas. Padomājiet par lielām ausīm un sviedru dziedzeriem.

Tāpēc šķiet pamatoti pieņemt, ka evolūcija varētu būt atradusi veidu, kā molekulārās mašīnas pārvaldīt savu temperatūru.

Šodien Hanss Brīgels no Insbrukas universitātes Austrijā un Sandu Popesku Bristoles Universitātē Apvienotajā Karalistē izteica aizraujošu ieteikumu, kā šāda siltuma pārvaldības sistēma varētu darboties.

Mašīnas, uz kurām viņi koncentrējas, ir fermenti, mašīnas, kas katalizē noteiktas bioķīmiskas reakcijas.

Būtībā fermenti ir molekulārās skavas. Viņi satver konkrētas biomolekulas un notur tās nekustīgi. Tas samazina aktivācijas enerģiju jebkurā ķīmiskajā procesā, kurā piedalās biomolekulas, tādējādi palielinot reakcijas ātrumu.

Bet fermentu darbība ir ārkārtīgi jutīga pret temperatūru. To katalizēto reakciju ātrums lēnām palielinās līdz ar temperatūru, līdz tas sasniedz maksimumu, un pēc tam dramatiski samazinās.

Mehāniskā līmenī papildu siltums palielina vibrācijas apjomu iekārtas molekulārajā struktūrā. Īpaša fermenta problēma ir vibrācijas molekulāro žokļu komplektā, ko tas izmanto, lai satvertu biomolekulas (citādi sauktas par aktivizācijas vietu).

Paaugstinoties temperatūrai, vibrācijas šajos žokļos palielinās, līdz tās vairs nespēj satvert biomolekulas, kuru noturēšanai tās ir paredzētas. Tas ir tad, kad reakcijas ātrums dramatiski samazinās.

Brīgels un Popesku saka, ka būtu ļoti izdevīgi, ja ferments spētu atdzesēt šos žokļus. Un viņi plāno vienu veidu, kā to varētu izdarīt, ko viņi sauc par konformācijas dzesēšanu.

Ideja ir tāda, ka nelielas izmaiņas enzīma formā uz laiku nostiprina žokļus. Tas samazina vibrācijas žokļos un līdz ar to arī to temperatūru. Kad atdzesētie žokļi atslābinās, tie atkal spēj satvert attiecīgās biomolekulas. Vismaz līdz brīdim, kad tie atkal uzkarst.

(Galvenais ir tas, ka žokļiem ir jāatslābinās ātrāk, nekā tie uzkarst, pretējā gadījumā nav nekādu priekšrocību.)

Protams, katram ledusskapim ir nepieciešams enerģijas avots, un Brīgels un Popesku norāda, ka to varētu nodrošināt cita molekula, piemēram, ATP.

Šajā ieteikumā ir tas, ka ar ļoti vienkāršu eksperimentu to var viegli pārbaudīt. Vienkārši izmēriet fermentatīvās reakcijas ātruma atkarību no temperatūras ar un bez ATP klātbūtnes.

Ja ATP patiešām nodrošina enerģiju fermenta atdzesēšanai, tad abām līknēm jābūt atšķirīgām.

Tas ir eksperiments, ko uzņēmīgs absolvents varētu veikt rīt.

Paziņojiet mums, kā jums iet.

Atsauce: arxiv.org/abs/0912.2365 : Intramolekulārā dzesēšana fermentos

paslēpties