Привіт Друзі ! Сьогодні прямо про науку. Як же молекули обходять рівновагу смерті? Питання вирішено нарешті.
Останнім часом наука знову підкинула нам тему, яка розкриває таємниці відсутності "рівноваги смерті" у біохімії: ферменти, ці маленькі білкові машинки в наших клітинах, виявляється, поводяться як справжнісінький демон Максвелла. Той самий, з класичного мисленнєвого експерименту 19 століття, який нібито порушував другий закон термодинаміки. Але тут усе по-чесному, без фокусів — просто фізичний механізм, який досі ніхто не зрозумів до кінця. А тепер японські вчені з Інституту науки Токіо опублікували статтю, де показують: ферменти використовують рух як пам'ять, щоб штовхати хімічні реакції подалі від рівноваги. На мій погляд це треба включити в підручники для студентів.
Source (Художня ілюстрація, що зображує «демона Максвелла», що модулює швидкість дифузії ферменту. Джерело: Тецухіро С. Хатакеяма, ELSI)
Уявіть собі: ви завжди думали, що фермент — це просто каталізатор. Приходить, прискорює реакцію в обидва боки однаково, потім іде геть, і все повертається до рівноваги, де субстрат і продукт сидять приблизно в рівних кількостях. Так вчать у школі та університеті. Але виявляється, це не вся правда. Після каталізу багато ферментів на короткий час починають рухатися значно швидше — це явище називають Enhanced Enzyme Diffusion (EED).
Автори змоделювали ситуацію і побачили: коли фермент після реакції «прискорюється», він фізично змінює ймовірності наступних подій. Швидший рух дозволяє йому швидше відходити від щойно утвореного продукту, зменшуючи шанс зворотної реакції. Фермент фактично «пам'ятає» попередню реакцію через свій підвищений рух і використовує цю пам'ять, щоб підштовхнути систему в бік більшої концентрації продукту. Рівновага ламається.
Це і є аналог демона Максвелла. Тут фермент «вимірює» факт каталізу, «пам'ятає» це як тимчасовий стан високої рухливості, а потім використовує цю інформацію, щоб впливати на наступні зустрічі молекул. Жодного порушення законів — просто інформаційна термодинаміка в дії.
Особливо круто, що це не вимагає АТФ. Енергія береться з самої реакції. Це як вічний двигун, тільки дуже розумно влаштований у не-рівноважних умовах живої клітини.
Чому це важливо? Бо живі системи саме тим і відрізняються — вони постійно тримають реакції далеко від рівноваги. Метаболізм, ріст, поділ клітин — усе це вимагає потоку в один бік. А тепер виявляється, що навіть на рівні однієї молекули вже закладено механізм, який активно відштовхує систему від рівноваги.
Живі системи саме тим і відрізняються від пробірки — вони постійно тримають реакції далеко від рівноваги. Якщо все скрізь дійде до рівноваги — життя закінчиться. Метаболізм, ріст, поділ клітин — усе це вимагає постійного потоку в один бік. Раніше ми думали, що за це відповідають АТФ, мембранні насоси, складні регуляторні каскади. А тепер виявляється, що навіть на рівні однієї молекули ферменту вже закладено механізм, який активно відштовхує систему від смерті-рівноваги. Це може бути один з тих фундаментальних «трюків», які дозволили первісним прото-ферментам у до-біологічному світі почати створювати порядок з хаосу.
Автори кажуть: «Це дозволило нам побачити, що підвищена дифузія — це форма пам'яті». І от тепер усе склалося.
Скільки ж ще таких «побічних ефектів» у біохімії, які насправді є головними? Життя набагато хитріше, ніж ми думали ще вчора. Я вважаю, що це тільки початок, тема має значне ширше розуміння, що відбувається в нашій природі. Але, про це трохи з годом, треба поміркувати.
Ознайомитися подробніше із цими даними ви можете за цими двома джерелами:
1. Джерело