Fizikai atranda kvantinį baltymų lankstymo dėsnį

Garsieji Arrhenius santykiai teigia, kad viskas vyksta greičiau, kai jie tampa karštesni. Chemijoje tai paprastai yra tiesa, tačiau yra svarbi išimtis: greitis, kuriuo baltymai susilanksto į savo funkcinę formą.

Nesunku manyti, kad baltymai turėtų greičiau susilankstyti, kai jie atvėsta, o tada greičiau išsiskleidžia, kai jie įkaista. Tačiau tikrasis ryšys yra ir netiesinis, ir asimetriškas, o tai reiškia, kad išskleidimas nėra sulankstymo priešingybė.

Molekuliniai biologai pasiūlė įvairius mechanizmus, kaip tai paaiškinti, pavyzdžiui, netiesinę vandens ir hidrofobinių baltymų dalių sąveiką. Tačiau nė vienas iš jų nėra labai įtikinamas.

Panašu, kad tai pasikeis Liaofu Luo Vidinės Mongolijos universitete ir Jun Lu darbu Vidinės Mongolijos technologijos universitete Kinijoje. Sakoma, kad sulankstymo priklausomybė nuo temperatūros tampa aišku, kai tik atsižvelgiama į kvantinę mechaniką.

Pirma, šiek tiek informacijos apie baltymų lankstymą. Baltymai yra ilgos aminorūgščių grandinės, kurios tampa biologiškai aktyvios tik tada, kai susilanksto į specifines, labai sudėtingas formas. Galvosūkis yra tai, kaip baltymai tai daro taip greitai, kai turi tiek daug galimų konfigūracijų.

Žvelgiant į tai perspektyvoje, santykinai mažas baltymas, turintis tik 100 aminorūgščių, gali turėti 10^100 skirtingų konfigūracijų. Jei ji išbandytų šias figūras 100 milijardų per sekundę greičiu, tai užtruktų ilgiau nei visatos amžius, kad būtų galima rasti tinkamą. Niekas nežino, kaip šios molekulės atlieka savo darbą per nanosekundes.

Tačiau jie žino, kad jų sulankstymo greitis yra labai jautrus temperatūrai, o biologai turi daug duomenų, tiksliai parodančių, kaip šie rodikliai skiriasi. Nubraižant šiuos duomenis susidaro įvairios netikėtos kreivės.

Šiandien Luo ir Lo teigia, kad šias kreives galima lengvai paaiškinti, jei lankstymo procesas yra kvantinis reikalas. Pagal įprastą mąstymą aminorūgščių grandinė gali pasikeisti iš vienos formos į kitą tik mechaniškai pereinant per įvairias formas.

Tačiau Luo ir Lo teigia, kad jei šis procesas būtų kvantinis, forma galėtų pasikeisti dėl kvantinio perėjimo, o tai reiškia, kad baltymas galėtų „peršokti“ iš vienos formos į kitą, nebūtinai formuodamas tarp jų.

Luo ir Lo tiria šią idėją naudodami matematinį modelį, kaip tai veiktų, ir tada išveda lygtis, apibūdinančias, kaip kvantinio lankstymo greitis pasikeistų priklausomai nuo temperatūros. Galiausiai jie pritaiko savo modelio redagavimus kai kuriems realaus pasaulio eksperimentams.

Jų nuostabus rezultatas yra tas, kad šis kvantinio perėjimo modelis atitinka 15 skirtingų baltymų lankstymo kreives ir netgi paaiškina tų pačių baltymų lankstymo ir išsiskleidimo greičio skirtumus.

Tai reikšmingas lūžis. Luo ir Lo lygtys atitinka pirmuosius visuotinius baltymų lankstymo dėsnius. Biologijoje tai prilygsta termodinamikos dėsniams fizikoje.

Įspūdingi dalykai. Ir nesitikėk, kad čia viskas baigsis.

Įvairios grupės randa įrodymų, kad kvantiniai procesai veikia visame kame – nuo ​​fotosintezės iki paukščių navigacija .

Jei kvantinė mechanika atlieka pagrindinį vaidmenį baltymų lankstymo procese, gali būti mažai klausimų dėl jos svarbos kitų korinio ryšio mašinų veikimui. Gali būti tik laiko klausimas, kada kvantiniams biologams atsivers užtvarai.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1102.3748 : Baltymų susilankstymo priklausomybė nuo temperatūros, nustatyta iš kvantinio perėjimo

paslėpti