"Designet for [et] formål" - hem produksjon beseirer Evolusjon
Evolution News; 28. juni 2021 Oversatt herfra
Bilde 1. Roede-blodceller
Hemoglobin er velkjent som molekylet som overfører oksygen i blodet, men forløperen, hem, er mindre kjent. Hem er et komplekst molekyl som ser geometrisk firkantet ut, med et enkelt jernatom i sentrum. Hemfamilien av metalloproteiner er ansvarlig for flere funksjoner i cellen og i kroppene til flercellede organismer, inkludert mennesker. Livet vårt er avhengig av hem -lenke. Når det ikke håndteres riktig, kan det imidlertid være farlig -lenke.
Hva Hem gjør
Syv forskere (Galvin Leung et al.) fra to britiske universiteter (Leicester, Bristol) forklarer betydningen av hem i sin artikkel, "Unravelling the mechanisms controlling heme supply and demand," -lenke, publisert i PNAS. Deres hyllest til hem er uhemmet, og det samme er deres forståelse for hvordan cellen håndterer dette giftige molekylet.
"Hem er avgjørende for overlevelsen av praktisk talt alle levende systemer og er involvert i mange grunnleggende biologiske prosesser. Det er også implisert som et signal-/regulatorisk molekyl og må mobiliseres som svar på cellulære krav. Dette presenterer et komplekst logistisk problem: Hem kan ikke bare diffundere rundt celler, fordi det er både uløselig og cytotoksisk. Vi viser at cellen viser utsøkt kontroll over frigjøring av hem ved å begrense tilgjengeligheten til ett molekyl eller mindre i cellulære rom."
Bilde 2. Hem celle
En slik beskrivelse burde få en darwinist til å grøsse. Hvordan kunne et slikt "utsøkt kontroll"-system utvikle seg stykkevis? Vurder bare å lage hem:
"Hem er avgjørende for overlevelsen av praktisk talt alle levende systemer - fra bakterier, sopp og gjær, via planter til dyr. Familien av hemproteiner er enorm, og hemeproteiner er ansvarlige for en rekke funksjoner som er avgjørende for cellens overlevelse. For å møte behovene til tilbud og etterspørsel etter hem i celler, må de fleste organismer syntetisere det. Biosyntese av hem-kofaktoren er derfor en av de viktigste metabolske prosessene i biologien; det oppstår som en åtte-trinns enzymatisk vei, hvorav de tre siste trinnene skjer i mitokondriene."
Det tar åtte trinn for å syntetisere ett heme-molekyl, og praktisk talt alt liv trenger det - selv bakterier, blant de enkleste organismene. De andre enzymene som konstruerer hem måtte allerede eksistere før hem kunne gjøre jobben sin. Dette er et alvorlig kylling-og-egg-problem for livets opprinnelse.
Hem produksjon (syntese)
En smak av kompleksiteten til hemesyntese kan fås i "Biochemistry, Hem Synthesis," -lenke, av Ogun, Joy og Valentine.
"Hemebiosyntese starter i mitokondrier med kondensering av succinyl Co-A fra sitronsyresyklusen og en aminosyre glycin. De kombineres for å produsere et nøkkelhem-mellomprodukt, 5' -AminoleVulinSyre (AVS) i mitokondrier katalysert av det pyridoksalfosfatkrevende (vitamin B6) enzymet, aminolevulinsyre syntase (AVSS). Denne reaksjonen er det hastighetsbegrensende trinnet i stien .. "
Det er bare til å begynne med. De som er interessert i de gjenværende trinnene som er involvert i heme-syntese, kan lese ytterligere fire avsnitt med detaljer som disse på lenken ovenfor. Mellomformer av molekylet skytter inn og ut av et mitokondrie, der spesielle porter styrer trafikk inn og ut. Flere andre molekyler og enzymer, inkludert ett metalloprotein som inneholder sink, er involvert i prosessen.
Hvordan kunne den første cellen ved en tilfeldighet treffe denne sekvensen av trinn som ville utfordre en kjemistudent? En protocelle ville ha trengt å komme opp med denne kjemiske banen, bare for å få hem, enn si vite hva den skal gjøre med den når den først har fått den. Ups; det er giftig også. Hvor mange protocelle-prøver døde av denne essensielle, men likevel celle-giften, før de fant ut at hem må håndteres med forsiktighet? Darwinismen er allerede død - men det er mer.
Bilde 4. Hem gruppe sentrert rundt rødt jernatom
Hem Forsyning
Fokuset i artikkelen av Leung et al. i PNAS handler om hvordan celler distribuerer hem der det trengs, uten å dø av det.
Vi foreslår en utvekslingsmekanisme mellom proteinpartnere for å kontrollere tilbud og etterspørsel. En slik mekanisme vil gi en innebygd bufferkapasitet for hem, gjøre det mulig for celler å hamstre tilførsel av hem, og beskytte cellen mot de uønskede effektene av hem.
Hva med det; Celler kjenner loven om tilbud og etterspørsel. Hvor har de lært det? I protocelleøkonomiklassen? De vet også hvordan de skal "hamstre forsyninger" av hem (faktisk hvordan man opprettholder nødlagre). I den nylige pandemien var noen myndighetspersoner forferdet over å finne at nødlagre av PPE (personlig verneutstyr), som kreves ved lov, var blitt raidet, eller ikke vedlikeholdt. Det førte til alvorlig mangel og drastisk innsats for å fylle opp lagre, mens pasienter døde og helsepersonell ble utsatt for viruset uten beskyttelse. Celler gjør ikke slike feil.
Hem Distribusjon
Forskere har visst alt om hem og dets funksjoner i flere tiår, men få har undersøkt hvordan celler distribuerer det, der det er nødvendig. Dette er viktig å vite, Leung et al. forklarer, fordi "mangler eller overskudd i cellulær heme-konsentrasjon også har omfattende implikasjoner for helse og sykdom" som aldring, hjerte- og karsykdommer, betennelse og immunrespons. Følgelig "er det et behov for å forstå logistikken til hem tilbud og etterspørsel."
En celle kan ikke opprettholde en "pool" av hem å benytte seg av, som vi en gang trodde, fordi hem er "plagsom" for cellene. Det har en tendens til å danne frie radikaler, som er farlige, og selv om det er hydrofobt, dimeriserer det i løsning, noe som gjør det uegnet for levering til proteiner som bare trenger ett hem-molekyl per bindingssted.
"Et fritt hemmolekyl kan derfor bare eksistere forbigående, og hvis en stor reserve av hem er tilstede, vil hememolekylene antagelig måtte byttes raskt mellom bindingspartnere for å forbli solubilisert, på samme måte som hem solubiliseres i det indre av andre velkjente hemproteiner (f.eks. hemoglobin)."
Bilde 5. Blodets koagulering -et mysterium i seg selv
Teamet konstruerte en molekylær hem-sensor som lyser når den er bundet til hem. På denne måten kunne de se det "utsøkte kontrollsystemet" i aksjon.
"Et langvarig spørsmål har vært å etablere mekanismene som kontrollerer tilbudet og etterspørselen etter cellulær heme. .. vi har utviklet en hem-sensor .. som kan reagere på hem-tilgjengelighet…. Resultatene viser at konsentrasjoner vanligvis er begrenset til ett molekyl eller mindre i cellulære rom. Disse minimale mengder fri hem er i samsvar med et system som sekvestrerer hemen, og er i stand til å bufre endringer i hem-tilgjengeligheten samtidig som de beholder evnen til å mobilisere hem når og hvor det er nødvendig. .. Denne utsøkte kontrollen, der hem er gjort tilgjengelig for overføring fra ett molekyl om gangen, beskytter cellen mot den toksiske effekten av overflødig hem og tilbyr en enkelt mekanisme for hem-avhengig regulering i enkeltmolekyltrinn."
Faktisk opprettholder cellen "et utskiftbart (bufret) hemreservoar" som løser tilgjengelighetsproblemet samtidig som den beskytter cellen mot hems toksiske effekter. Fritt hem (den risikofylte typen) ble oppdaget bare i "en liten brøkdel av hele mengden hem tilstede i cellen" og var mest sannsynlig kortvarig i prosessen med å binde seg til proteiner.
"Eksperimentene våre er dermed i samsvar med ideen om at det er en populasjon av det totale hem-komplementet som er bundet svakere og derfor reversibelt til hem-bindende partnerproteiner eller til andre molekyler (som kan inkludere frie aminosyrer) som kan bufre mot endringer i hemkonsentra-sjonen. .. Disse hem-molekylene som er svakt bundet til buffermolekyler, sammen med den minimale populasjonen av fri hem, vil utgjøre en kropp av utskiftbar hem i cellen."
I modellen deres passerer den bufrede hemen, festet til partneren, raskt til enzymet eller proteinet som trenger det, noe sånt som en rask pasning av ballen fra en spiller til en annen i basketball eller fotball. I cellens spill er det imidlertid millioner av baller med millioner av spillere som sender hemballene til spillerne som trenger det. Fordi den frie energien til akseptoren er på et lavere nivå, overføres hemen lett til akseptoren, og etterlater partneren klar til å plukke opp en annen heme. Til enhver tid kan cellen være klar over konsentrasjonen av tilgjengelig hem ved å registrere konsentrasjonen av hem-bindende partnere, og levere mer etter hvert som etterspørselen øker.
"Denne utsøkte kontrollen gir også en mekanisme for hem-avhengig signalering og regulering, da hem kan tilføres diskret, noe som fører til at proteiner slås på i enkeltmolekyltrinn."
Hvis darwinismen hadde vært avgjørende for deres arbeid, ville de sikkert ha nevnt det. I stedet fant de en mekanisme som dukker opp (gisp! Kan de si dette?) designet for et formål ..
"Vi ser klare fordeler med en slik utvekslingsmekanisme mellom proteinpartnere, designet med det formål å håndtere hem-tilbud og etterspørsel."
Bilde 6. Hemoglobin sml. m. klorofyll
Overkill
For å finne ut av et design, bør du vurdere nivået av utsøkt kontroll i det neste hierarkiske nivået opp. Menneskekroppen lager rundt 250 milliarder røde blodceller per dag, og hver RBC inneholder 270 millioner hemoglobinmolekyler, hver konstruert med 4 hemgrupper. Det multipliserer til 270 millioner billioner hemer per dag!
Det er utrolig nok at hver celle i kroppen orkestrerer sin syntese og tilgjengelighet av hem. På toppen av det, regulerer hele kroppen også antall hemoglobinmolekyler og røde blodceller som bærer en annet cellegift - oksygen - fra lungene våre til hver celle på en trygg, regulert, utsøkt kontrollert måte. Enhver rødblodig person bør ta dette til seg: vi ville være pakker med eksplosiver, hvis det ikke var for mekanismer "designet for formålet" å bruke energi trygt for livet, kjærligheten og transcendent mening.
Oversettelse via google oversetter og bilder, ved Asbjørn E. Lund