Czy enzymy mają wbudowane systemy chłodzenia?

Badanie sposobu, w jaki maszyny molekularne gromadzą się i utrzymują nasze ciała, jest jedną z najważniejszych nauk naszego pokolenia. Im więcej dowiadujemy się o tych maszynach, tym wydają się one bardziej złożone i wydajne.

Cechą wspólną wszystkich maszyn jest to, że działają najlepiej w określonym zakresie temperatur. Wiele maszyn zbudowanych przez człowieka ma złożone systemy utrzymywania temperatury. Podobnie wiele maszyn zbudowanych przez ewolucję ma niezwykle wydajne systemy zarządzania ciepłem. Pomyśl o dużych uszach i gruczołach potowych.

Wydaje się więc rozsądne założenie, że ewolucja mogła znaleźć sposób, aby maszyny molekularne mogły zarządzać swoją temperaturą.

Dzisiaj Hans Briegel z Uniwersytetu w Innsbrucku w Austrii i Sandu Popescu z Uniwersytetu w Bristolu w Wielkiej Brytanii przedstawili fascynującą sugestię, jak taki system zarządzania temperaturą może działać.

Maszyny, na których się skupiają, to enzymy, maszyny katalizujące określone reakcje biochemiczne.

Zasadniczo enzymy to klamry molekularne. Chwytają określone biomolekuły i trzymają je nieruchomo. Zmniejsza to energię aktywacji dowolnego procesu chemicznego, w który biorą udział biomolekuły, zwiększając w ten sposób szybkość reakcji.

Ale działanie enzymów jest niezwykle wrażliwe na temperaturę. Szybkość katalizowanych przez nie reakcji rośnie powoli wraz z temperaturą, aż osiągnie maksimum, a następnie dramatycznie spada.

Na poziomie mechanicznym dodatkowe ciepło zwiększa ilość wibracji w strukturze molekularnej maszyny. Specyficznym problemem dla enzymu są wibracje w zestawie szczęk molekularnych, których używa do chwytania biocząsteczek (inaczej nazywanych miejscem aktywacji).

Wraz ze wzrostem temperatury wibracje tych szczęk wzrastają, aż nie są już w stanie uchwycić biocząsteczek, które mają pomieścić. Wtedy szybkość reakcji dramatycznie spada.

Briegel i Popescu twierdzą, że chłodzenie tych szczęk przez enzym byłoby niezwykle korzystne. I opracowują jeden ze sposobów, w jaki można to zrobić, który nazywają chłodzeniem konformacyjnym.

Chodzi o to, że niewielka zmiana kształtu enzymu tymczasowo usztywnia szczęki. Powoduje to zmniejszenie drgań w szczękach, a tym samym ich temperatury. Gdy ochłodzone szczęki rozluźnią się, są w stanie ponownie uchwycić odpowiednie biomolekuły. Przynajmniej dopóki się nie nagrzeją.

(Kluczowe jest to, że szczęki muszą rozluźniać się szybciej niż tempo, w jakim się nagrzewają, w przeciwnym razie nie ma żadnej przewagi).

Oczywiście każda lodówka potrzebuje źródła energii, a Briegel i Popescu sugerują, że może to zapewnić inna cząsteczka, taka jak ATP.

Fajne w tej sugestii jest to, że bardzo prosty eksperyment może z łatwością ją przetestować. Wystarczy zmierzyć zależność tempa reakcji enzymatycznej w obecności i bez ATP.

Jeśli ATP naprawdę dostarcza energii do schłodzenia enzymu, to te dwie krzywe powinny być różne.

To eksperyment, który przedsiębiorczy student może zrobić jutro.

Poinformuj nas, jak sobie radzisz.

Nr ref.: arxiv.org/abs/0912.2365 : Chłodzenie wewnątrzcząsteczkowe w enzymach

ukryć