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Gli enzimi hanno sistemi di raffreddamento incorporati?
Lo studio di come le macchine molecolari assemblano e mantengono i nostri corpi è una delle scienze che definiscono la nostra generazione. Più apprendiamo su queste macchine, più complesse e capaci sembrano.
Una caratteristica comune a tutte le macchine è che funzionano meglio entro un certo intervallo di temperatura. Molte macchine costruite dall'uomo hanno sistemi complessi per mantenere la loro temperatura. Allo stesso modo, molte macchine costruite dall'evoluzione hanno sistemi di gestione termica estremamente efficienti. Pensa alle grandi orecchie e alle ghiandole sudoripare.
Quindi sembra ragionevole presumere che l'evoluzione possa aver trovato un modo per le macchine molecolari di gestire la loro temperatura.
Oggi, Hans Briegel dell'Università di Innsbruck in Austria e Sandu Popescu dell'Università di Bristol nel Regno Unito, hanno avanzato un affascinante suggerimento su come potrebbe funzionare un tale sistema di gestione termica.
Le macchine su cui si concentrano sono enzimi, macchine che catalizzano determinate reazioni biochimiche.
Essenzialmente, gli enzimi sono morsetti molecolari. Afferrano biomolecole specifiche e le tengono ferme. Ciò riduce l'energia di attivazione di qualsiasi processo chimico in cui sono coinvolte le biomolecole, aumentando così la velocità di reazione.
Ma le prestazioni degli enzimi sono estremamente sensibili alla temperatura. La velocità delle reazioni che catalizzano aumenta lentamente con la temperatura fino a raggiungere un massimo e poi scende drasticamente.
A livello meccanico, il calore extra aumenta la quantità di vibrazioni nella struttura molecolare della macchina. Il problema specifico di un enzima sono le vibrazioni nell'insieme delle mascelle molecolari che utilizza per afferrare le biomolecole (altrimenti chiamato sito di attivazione).
All'aumentare della temperatura, le vibrazioni in queste mascelle aumentano fino a quando non sono più in grado di afferrare le biomolecole che sono progettate per contenere. È allora che la velocità di reazione diminuisce drasticamente.
Briegel e Popescu affermano che sarebbe estremamente vantaggioso per un enzima poter raffreddare queste mascelle. E tracciano un modo in cui ciò potrebbe essere fatto, che chiamano raffreddamento conformazionale.
L'idea è che un piccolo cambiamento nella forma dell'enzima irrigidisca temporaneamente le mascelle. Questo ha l'effetto di ridurre le vibrazioni nelle ganasce e quindi la loro temperatura. Quando le mascelle raffreddate si rilassano, sono quindi in grado di afferrare nuovamente le relative biomolecole. Almeno finché non si scaldano di nuovo.
(La chiave è che le mascelle devono rilassarsi più velocemente della velocità con cui si riscaldano, altrimenti non c'è vantaggio.)
Naturalmente, ogni frigorifero ha bisogno di una fonte di energia e Briegel e Popescu suggeriscono che questa potrebbe essere fornita da un'altra molecola, come l'ATP.
La cosa bella di questo suggerimento è che un esperimento molto semplice potrebbe facilmente testarlo. Misurare semplicemente la dipendenza dalla temperatura della velocità della reazione enzimatica con e senza la presenza di ATP.
Se l'ATP fornisce davvero l'energia per raffreddare l'enzima, allora le due curve dovrebbero essere diverse.
Questo è un esperimento che uno studente intraprendente potrebbe fare domani.
Facci sapere come ti trovi.
Rif: arxiv.org/abs/0912.2365 : Refrigerazione intramolecolare negli enzimi