211service.com
Fyzici objevili kvantový zákon skládání proteinů
Slavný vztah Arrhenius říká, že věci se dějí rychleji, jak se zahřívají. V chemii je to obecně pravda, ale existuje důležitá výjimka: rychlost, kterou se proteiny skládají do svého funkčního tvaru.
Je snadné si myslet, že bílkoviny by se měly rychleji skládat, když se ochlazují, a pak se rychleji rozkládat, když se zahřívají. Ale skutečný vztah je jak nelineární, tak asymetrický, což znamená, že rozvinutí není opakem skládání.
Molekulární biologové předložili různé mechanismy, aby to vysvětlili, jako je nelineární interakce mezi vodou a hydrofobními částmi proteinů. Ale žádný z nich není příliš přesvědčivý.
Zdá se, že se to změní díky práci Liaofu Luo na Inner Mongolia University a Jun Lu na Inner Mongolia University of Technology, oba v Číně. Říká se, že způsob, jakým skládání závisí na teplotě, bude jasný, jakmile vezmete v úvahu kvantovou mechaniku.
Nejprve trochu pozadí skládání proteinů. Proteiny jsou dlouhé řetězce aminokyselin, které se stávají biologicky aktivními pouze tehdy, když se skládají do specifických, vysoce komplexních tvarů. Hádanka je, jak to proteiny dělají tak rychle, když mají na výběr tolik možných konfigurací.
Abychom to uvedli do perspektivy, relativně malý protein o pouhých 100 aminokyselinách může mít asi 10^100 různých konfigurací. Pokud by tyto tvary vyzkoušel rychlostí 100 miliard za sekundu, trvalo by déle, než je věk vesmíru, najít ten správný. Nikdo neví, jak tyto molekuly odvedou svou práci v nanosekundách.
Co však vědí, je, že rychlost, jakou se skládají, je vysoce citlivá na teplotu a biologové mají značné množství údajů, které přesně ukazují, jak se tyto rychlosti mění. Vynesení těchto dat vede k různým neočekávaným křivkám.
Dnes Luo a Lo říkají, že tyto křivky lze snadno vysvětlit, pokud je proces skládání kvantovou záležitostí. Podle konvenčního myšlení se může řetězec aminokyselin změnit z jednoho tvaru do druhého pouze mechanickým průchodem různými tvary mezi nimi.
Ale Luo a Lo říkají, že pokud by tento proces byl kvantový, tvar by se mohl změnit kvantovým přechodem, což znamená, že protein by mohl „přeskakovat“ z jednoho tvaru do druhého, aniž by nutně tvořil tvary mezi nimi.
Luo a Lo zkoumají tuto myšlenku pomocí matematického modelu toho, jak by to fungovalo, a poté odvodili rovnice, které popisují, jak by se rychlost kvantového skládání měnila s teplotou. Nakonec přizpůsobili předpovědi svého modelu některým experimentům v reálném světě.
Jejich úžasným výsledkem je, že tento model kvantového přechodu odpovídá křivkám skládání 15 různých proteinů a dokonce vysvětluje rozdíl v rychlostech skládání a rozkládání stejných proteinů.
To je významný průlom. Luo a Loovy rovnice odpovídají prvním univerzálním zákonům skládání proteinů. To je v biologii ekvivalent něčeho jako termodynamické zákony ve fyzice.
Působivé věci. A nečekejte, že to tady skončí.
Různé skupiny nacházejí důkazy o fungování kvantových procesů ve všem, od fotosyntézy po ptačí navigace .
Pokud kvantová mechanika hraje klíčovou roli ve skládání proteinů, pak může být jen malá otázka o její důležitosti ve fungování jiných buněčných strojů. Může být jen otázkou času, kdy se stavidla otevřou kvantovým biologům.
Ref: arxiv.org/abs/1102.3748 : Teplotní závislost skládání proteinů odvozená z kvantového přechodu