211service.com
Har enzymer inbyggda kylsystem?
Studiet av hur molekylära maskiner sätter ihop och underhåller våra kroppar är en av vår generations avgörande vetenskaper. Ju mer vi lär oss om dessa maskiner, desto mer komplexa och kapabla verkar de.
En gemensam egenskap för alla maskiner är att de fungerar bäst inom ett visst temperaturområde. Många människobyggda maskiner har komplexa system för att hålla temperaturen. På samma sätt har många maskiner byggda av evolution extremt effektiva värmeledningssystem. Tänk stora öron och svettkörtlar.
Så det verkar rimligt att anta att evolutionen kan ha hittat ett sätt för molekylära maskiner att hantera sin temperatur.
Idag lade Hans Briegel vid universitetet i Innsbruck i Österrike och Sandu Popescu vid universitetet i Bristol i Storbritannien fram ett fascinerande förslag på hur ett sådant värmeledningssystem kan fungera.
Maskinerna de fokuserar på är enzymer, maskiner som katalyserar vissa biokemiska reaktioner.
I huvudsak är enzymer molekylära klämmor. De tar tag i specifika biomolekyler och håller dem stilla. Detta minskar aktiveringsenergin för vilken kemisk process biomolekylerna än är involverade i, vilket ökar reaktionshastigheten.
Men enzymernas prestanda är extremt känslig för temperatur. Hastigheten för reaktionerna de katalyserar ökar långsamt med temperaturen tills den når ett maximum och sjunker sedan dramatiskt.
På ett mekaniskt plan ökar den extra värmen mängden vibrationer i maskinens molekylära struktur. Det specifika problemet för ett enzym är vibrationerna i den uppsättning molekylära käftar som det använder för att gripa tag i biomolekyler (annars kallat aktiveringsstället).
När temperaturen ökar ökar vibrationerna i dessa käftar tills de inte längre kan ta tag i biomolekylerna de är designade för att hålla. Det är då reaktionshastigheten sjunker dramatiskt.
Briegel och Popescu säger att det skulle vara enormt fördelaktigt för ett enzym att kunna kyla dessa käkar. Och de kartlägger ett sätt detta skulle kunna göras, som de kallar konformationell kylning.
Tanken är att en liten förändring i enzymets form stelnar upp käkarna tillfälligt. Detta har effekten att minska vibrationerna i käkarna och därmed deras temperatur. När de kylda käkarna slappnar av kan de gripa tag i de relevanta biomolekylerna igen. Åtminstone tills de värms upp igen.
(Nyckeln är att käkarna måste slappna av snabbare än den hastighet med vilken de värms upp, annars är det ingen fördel.)
Naturligtvis behöver varje kylskåp en kraftkälla och Briegel och Popescu föreslår att detta skulle kunna tillhandahållas av en annan molekyl, såsom ATP.
Det som är snyggt med detta förslag är att ett mycket enkelt experiment lätt kan testa det. Mät helt enkelt temperaturberoendet av hastigheten för enzymatisk reaktion med och utan närvaro av ATP.
Om ATP verkligen tillhandahåller energin för att kyla enzymet, borde de två kurvorna vara olika.
Det är ett experiment som en företagsam student kan göra i morgon.
Låt oss veta hur du går vidare.
Ref: arxiv.org/abs/0912.2365 : Intramolekylär kylning i enzymer