Jak szybko zachodzą reakcje chemiczne w komórkach? Odpowiedź na to pytanie będzie łatwiejsza, dzięki odkrytym przez naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN współczynnikom przemieszczania się białek wewnątrz bakterii. Pionierskie osiągnięcie inspiruje nie tylko naukowców, ale również... firmy transportowe.

Nie można zrozumieć chemicznych podstaw życia nie wiedząc, z jaką szybkością zachodzą reakcje chemiczne w komórkach. Tempo tych reakcji zależy od prędkości, z którymi uczestniczące w niej cząsteczki przemieszczają się (dyfundują) w cytoplazmie.

 Zespół prof. Roberta Hołysta z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie (IChF PAN) ustalił – po raz pierwszy – współczynniki dyfuzji dla praktycznie wszystkich białek występujących we wnętrzach bakterii Escherichia coli.

 

"Doświadczalne określenie tempa dyfuzji związków chemicznych w komórkach bakteryjnych jest i czasochłonne, i trudne. W efekcie na świecie zmierzono współczynniki dyfuzji tylko dla nielicznych związków w komórkach niektórych bakterii" – informuje w przesłanym PAP komunikacie IChF PAN.

 

Naukowcy z Instytutu opracowali metodę przewidywania wartości współczynników dyfuzji dla różnych substancji i środowisk. W tym celu wykorzystali własne wzory, uwzględniające występowanie nano- i makrolepkości, oraz zebrali kilkadziesiąt znanych z literatury wartości współczynników przemieszczania się makrocząsteczek w bakteriach Escherichia coli. Na tej podstawie skonstruowano krzywą referencyjną, z której uczeni odczytali współczynniki dyfuzji pozostałych związków.

 
Baza danych skonstruowana w IChF PAN zawiera współczynniki dyfuzji dla wszystkich znanych białek występujących w bakteriach Escherichia coli. To ponad 6 tys. makrocząsteczek, na które składa się ok. 4300 kodowanych przez geny łańcuchów aminokwasów.

 
Badania naukowców z IChF PAN koncentrowały się wokół tempa dyfuzji cząsteczek białek w cytoplazmie bakterii Escherichia coli. "Z uwagi na łatwość dostępu do danych literaturowych, przygotowaliśmy bazę danych tylko dla białek występujących w bakteriach Escherichia coli. Lecz naszą metodę można zastosować do praktycznie każdego rodzaju komórki i każdej cząsteczki chemicznej, na przykład do określenia współczynników dyfuzji cukrów w komórkach ssaczych" - podkreśla dr Marcin Tabaka z IChF PAN.

 
Ruch cząsteczek chemicznych w komórkach trochę przypomina to, co dzieje się na dworcach kolejowych.

 
"Zwykłe pociągi odjeżdżają jednak o ustalonych godzinach, podczas gdy w komórkach transport odbywa się praktycznie cały czas. Dlatego na ogół nie ma sensu pytać, o której odjeżdża pociąg z cząsteczkami danego typu. Za to z całą pewnością jest sens pytać, jak szybko jedzie skład z określoną substancją!" - wyjaśnia prof. Hołyst.

 
Niektórzy widzą możliwości modelowania transportu samochodowego czy kolejowego na wzór tego, co się dzieje we wnętrzach komórek. Jednak prof. Hołyst nie pozostawia złudzeń.

 
"Wszyscy są zachwyceni, bo w komórkach transport jest tak cudownie odporny na zaburzenia. Zapominają, że bierze się on tam z przypadkowych fluktuacji, do tego zachodzących w małej objętości, gdzie mamy do czynienia z lepkością zależącą nie tylko od środowiska, ale także od rozmiarów próbnika! Życzę powodzenia tym, którzy procesy zachodzące w tak fizycznie odmiennym środowisku chcą przenosić na nasze drogi. Biologistyka działa świetnie, ale tylko we wnętrzach komórek!” - ocenia prof. Hołyst.

 
Badania w IChF PAN, przeprowadzono dzięki grantom Narodowego Centrum Nauki, Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz programom Fundacji na rzecz Nauki Polskiej i opublikowano w czasopiśmie „Bioinformatics”.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl