Molekylære maskiner i biologi
Oversatt herfra.
Understreking, kursiv og utheving -av oversetter.
Molekylære maskiner er livsgrunnlaget. Cellens maskiner på nanometer-skala er for det meste proteinmolekyler, selv om noen er laget av RNA, og de er i stand til overraskende komplekse manipulasjoner. De utfører nesten alle viktige aktive oppgaver i cellen: metabolisme, reproduksjon, respons på endringer i miljøet og så videre. De er utrolig sofistikerte, og de, ikke deres menneskeskapte kolleger, representerer toppen av nanoteknologi.Lenke.
Bilde 1. Skisse av ATP-generator
En maskin er en enhet med samvirkende deler som fungerer på en koordinert måte for å gi et forhåndsbestemt resultat. Maskiner kan beskrives i form av en liste over deler og en tegning som indikerer hvordan delene passer sammen, noe som betyr at noen som aldri har sett en bestemt type maskin, i utgangspunktet skal kunne samle et hvilket som helst antall eksemplarer hver nesten identisk i utseende og ytelse - forutsatt at de kan konsultere maskinens designspesifikasjoner. For det andre, ettersom maskiner er designet for å utføre svært spesifikke funksjoner, er deres drift tett begrenset, og det er derfor det er mulig å forutsi og kontrollere deres oppførsel. For det tredje er maskiner svært effektive i det de gjør, fordi de alltid følger nøyaktig samme sekvens av trinn i hver syklus av driften. Og for det fjerde, drift av maskiner er ikke kontinuerlig; deres funksjon kan bli avbrutt og delene deres undersøkt uten derved å skade deres strukturelle integritet. Lenke.
Celler inneholder helautomatiske produksjonslinjer, transportbærere orientert av sofistikerte GPS-systemer, utrolig effektive turbiner, transistorer, milliarder av sammenkoblede datamaskiner som www, kommunikasjonssystemer som 5G, komplekse maskiner og roboter, og fabrikker som er koblet sammen til fabrikkparker, bokstavelig talt byer. Er det rimelig å tro at de kan dukke opp tilfeldig?
Bilde 2. Ulike systemer i menneskekroppen.
Biologiske maskiner: fra møller til molekyler (4)
For mer enn tre århundrer siden ble fødselen av moderne biovitenskap preget av ideen om at kroppsfunksjonen er basert på organiske maskiner hvis ytelse kan forklares med lignende lover som de som brukes i menneskeskapte maskiner. I det syttende århundre ble dette konseptet ikke bare brukt til å forklare funksjoner som åpenbart gjenspeiler funksjonene til mekaniske innretninger (for eksempel skjelett- og leddbevegelse eller påvirkning av muskler), men også for andre operasjoner - fordøyelse, følelse, gjæring og produksjon av blod. For å redegjøre for disse mer delikate operasjonene av dyreøkonomien, ble kroppsmaskiner antatt å involvere små komponenter som kunne unnslippe deteksjon med det blotte øye. Dette synet kom delvis fra en gjentagelse av fysikernes syn på at universet er sammensatt av atomer. I gresk klassisk vitenskap ble dette synet forfektet av Democritus, og i det syttende århundre av den franske filosofen og forskeren Pierre Gassendi. Som Marcello Malpighi, en av de største livsvitenskapsmennene fra det syttende århundre sa det:
"For å kunne utføre de fantastiske operasjonene i dyr og planter, har naturen vært glad for å konstruere sine organiserte kropper med et veldig stort antall maskiner, som nødvendigvis består av ekstremt små deler som er formet og plassert slik for å danne et fantastisk organ, hvis sammensetning vanligvis er usynlige for det blotte øye, uten hjelp av mikroskopet."
I en viss grad realiserer disse ekstraordinære biologiske maskinene drømmen til forskerne fra det 17. århundre - en drøm som førte til at Malpighi antok for mer enn tre århundrer siden at
"Maskiner vil til slutt bli funnet, som ikke bare er ukjente for oss, men også utenkelige av vårt sinn" Malpighi, M. The Viscerum Structura (Montii, Bologna,1666).
Det ble stadig tydeligere at enzymenes funksjon ikke bare avhenger av deres elementære kjemiske sammensetning, men også av konfigurasjonen av komponentene. For eksempel avhenger effektive interaksjoner mellom enzymer, substrater og medfaktorer av den romlige oppstillingen av de samvirkende elementene. Denne innsikten førte til interesse for strukturen til komplekse molekyler. Det var også tydelig at funksjonen til enzymer og andre biologiske molekyler kunne reguleres gjennom spesifikke kontrollmekanismer.
Bilde 3. Budbringere -dynein og kinesin
Et viktig fremskritt har vært erkjennelsen av at komplekse reseptorsamlinger er knyttet til andre messenger-systemer gjennom spesialiserte proteiner, og at det er en strøm av biologisk informasjon. Denne informasjonen bæres av spesifikke budbringere, som fungerer på systemer som gjenkjenner dem og utvikler spesifikke svar. Gjennom denne komplekse informasjonsstrømmen kan forskjellige mekanismer organiseres i mer komplekse systemer, noe som resulterer i høyt integrerte og effektive prosesser.
‘Struktur’ er grunnleggende for driften av moderne molekylære enheter: ta for eksempel det tredimensjonale arrangementet av individuelle molekyler; den romlige ordningen av proteiner i sekvensielle operasjoner; og ordningen av forskjellige proteiner i en gitt prosess med hensyn til membranene som omgir subcellulære organeller eller cellen som helhet. Gitt betydningen av struktur, fortjener moderne biologiske veier navnene 'molekylære og supramolekylære maskiner'.
Bilde 4. Utsnitt fra bakterie-flagell
Konseptet med molekylære maskiner i biologi har forvandlet det medisinske feltet på en dyp måte. Mange viktige prosesser som oppstår i cellen, inkludert transkripsjon, translasjon, proteinfolding og proteinnedbrytning, blir alle utført av molekylære maskiner. (1)
Molekylære maskiner kan ikke utføre sine funksjoner før mange deler er tilstede og koordinert, de kan ikke bygges av de "tallrike, suksessive, små modifikasjonene" som kreves av den darwinistiske evolusjonen. Som Behe bemerker, "Kompleksiteten i livsgrunnlaget har lammet vitenskapens forsøk på å redegjøre for det; molekylære maskiner reiser en ennå ugjennomtrengelig barriere for darwinismens universelle rekkevidde." (3)
Proteiner er maskineriet til levende vev som bygger strukturene og utfører de kjemiske reaksjonene som er nødvendige for livet. (2) For eksempel utføres det første av mange trinn som er nødvendige for omdanning av sukker til biologisk brukbare energiformer, av et protein som kalles heksokinase. Hud er laget i stor grad av et protein som kalles kollagen. Når lys påvirker netthinnen, samhandler det først med et protein som kalles rodopsin. Som man kan se, selv med dette begrensede antallet eksempler, utfører proteiner utrolig forskjellige funksjoner. Imidlertid kan generelt et gitt protein bare utføre en eller noen få funksjoner: rodopsin kan ikke danne hud og kollagen kan ikke samhandle nyttig med lys. Derfor inneholder en typisk celle tusenvis og tusenvis av forskjellige typer proteiner for å utføre de mange oppgavene som er nødvendige for livet, omtrent som et tømrerverksted kan inneholde mange forskjellige typer verktøy for forskjellige tømrerarbeider.
Bilde 5. Rekonstruksjon av maskin som trekker last
Hvordan ser disse allsidige verktøyene ut? Den grunnleggende strukturen til proteiner er ganske enkel: de dannes ved å hekte sammen i en kjede diskrete underenheter kalt aminosyrer. Selv om proteinkjeden kan bestå av hvor som helst fra ca. 50 til ca. 1000 aminosyrelink, kan hver posisjon bare inneholde en av tjue forskjellige aminosyrer. På denne måten er de omtrent som ord: ord kan komme i forskjellige lengder, men de består av et diskret sett med 26 bokstaver. Nå flyter ikke et protein i en celle som en diskett kjede; men bretter seg heller sammen til en veldig presis struktur. som kan være ganske forskjellig for forskjellige typer proteiner. Når alt er sagt og gjort, kan to forskjellige aminosekvenser - to forskjellige proteiner - brettes til strukturer så spesifikke som, og forskjellige fra hverandre, som en tre-åttendedels-tomme skiftnøkkel og en stikksag. Og i likhet med husholdningsredskapene, hvis formen på proteinene blir betydelig vridd , klarer de ikke å gjøre jobben sin.
Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund