211service.com
Har enzymer indbyggede kølesystemer?
Studiet af, hvordan molekylære maskiner samler og vedligeholder vores kroppe, er en af vores generations definerende videnskaber. Jo mere vi lærer om disse maskiner, jo mere komplekse og dygtige virker de.
Fælles for alle maskiner er, at de fungerer bedst inden for et bestemt temperaturområde. Mange menneskeskabte maskiner har komplekse systemer til at holde deres temperatur. På samme måde har mange maskiner bygget af evolution ekstremt effektive termiske styringssystemer. Tænk store ører og svedkirtler.
Så det virker rimeligt at antage, at evolutionen måske har fundet en måde, hvorpå molekylære maskiner kan styre deres temperatur.
I dag fremlagde Hans Briegel ved University of Innsbruck i Østrig og Sandu Popescu ved University of Bristol i Storbritannien et fascinerende forslag til, hvordan et sådant termisk styringssystem kunne fungere.
Maskinerne de fokuserer på er enzymer, maskiner som katalyserer visse biokemiske reaktioner.
Grundlæggende er enzymer molekylære klemmer. De griber fat i specifikke biomolekyler og holder dem stille. Dette reducerer aktiveringsenergien af den kemiske proces, biomolekylerne er involveret i, og øger derved reaktionshastigheden.
Men ydeevnen af enzymer er ekstremt følsom over for temperatur. Hastigheden af de reaktioner, de katalyserer, stiger langsomt med temperaturen, indtil den når et maksimum og falder derefter dramatisk.
På det mekaniske plan øger den ekstra varme mængden af vibrationer i maskinens molekylære struktur. Det specifikke problem for et enzym er vibrationerne i det sæt af molekylære kæber, det bruger til at gribe fat i biomolekyler (ellers kaldet aktiveringsstedet).
Når temperaturen stiger, øges vibrationerne i disse kæber, indtil de ikke længere er i stand til at gribe de biomolekyler, de er designet til at holde. Det er, når reaktionshastigheden falder dramatisk.
Briegel og Popescu siger, at det ville være enormt fordelagtigt for et enzym at kunne køle disse kæber. Og de kortlægger en måde, det kan gøres på, som de kalder konformationel køling.
Tanken er, at en lille ændring i enzymets form stivner kæberne midlertidigt. Dette har den effekt at reducere vibrationerne i kæberne og dermed deres temperatur. Når de afkølede kæber slapper af, er de så i stand til at gribe fat i de relevante biomolekyler igen. I hvert fald indtil de varmer op igen.
(Nøglen er, at kæberne skal slappe af hurtigere end den hastighed, hvormed de opvarmes, ellers er der ingen fordel.)
Selvfølgelig har ethvert køleskab brug for en strømkilde, og Briegel og Popescu foreslår, at dette kunne leveres af et andet molekyle, såsom ATP.
Det smarte ved dette forslag er, at et meget simpelt eksperiment nemt kunne teste det. Mål blot temperaturafhængigheden af hastigheden af enzymatisk reaktion med og uden tilstedeværelse af ATP.
Hvis ATP virkelig giver energien til at afkøle enzymet, så burde de to kurver være forskellige.
Det er et eksperiment, som en initiativrig kandidatstuderende kunne lave i morgen.
Fortæl os, hvordan du kommer videre.
Ref: arxiv.org/abs/0912.2365 : Intramolekylær nedkøling i enzymer