Vonderviszt Ferenc

A négymilliárd éves nanotechnológia

VI. Molekuláris gépezetek az élő szervezetekben

Sokat tudunk már a fehérjékről, de egyáltalán érdemes-e ennyi energiát fordítani a fehérjék tanulmányozására? Miért érdekesek a fehérjék? Mert, amint azt az élő szervezetek esetében láthatjuk, önszerveződő molekuláris gépezetek építhetők belőlük. Az önszerveződés alatt azt értjük, hogy az egyes fehérjealegységek (alkatrészek) képesek felismerni egymást, meghatározott módon egymáshoz kapcsolódni, s minden külső beavatkozás nélkül létrehozni az adott szupramolekuláris struktúrát. Az élő szervezetekben található molekuláris gépezetek rendkívül változatos funkciók ellátására képesek. Találhatók közöttük:

• molekuláris vegyiüzemek;
• energiaátalakítók;
• motorok;
• jelfelismerők és jelátalakítók;
• információfeldolgozó rendszerek;
• multifunkcionális gépezetek;
• programvezérelt összeszerelők.

Az enzimek olyan fehérjemolekulák, amelyek képesek egy-egy adott kémiai reakciót akár több milliárdszorosára felgyorsítani. Az enzimek sokszor egymáshoz kapcsolódva, egymással együttműködve összetett rendszereket alkotnak, amelyek végtermékeiket egymásnak átadva bonyolult reakciósorozatok véghezvitelére képesek. A fehérjék szerkezeti dinamikája döntően meghatározza az enzimatikus folyamat hatékonyságát. A fehérjék azért sokkal hatékonyabbak például a szervetlen katalizátoroknál, mert a működésük során dinamikus tulajdonságaik miatt szerkezetük folyamatosan idomulni képes a változó követelményekhez. Képesek felismerni és erősen megkötni az átalakítandó szubsztrátot. A szubsztrát bekötődése olyan konformációs átrendeződést idéz elő, amely lehetővé teszi az (az energiagátat lecsökkentve) az átmeneti termék erős kötését is, majd a kémiai reakció megtörténte után bekövetkező relaxációs folyamatok eredményeként képes könnyen elereszteni a végterméket, lehetővé téve az újabb katalitikus ciklus megkezdését.

Az élő szervezetekben többféle energiaátalakító rendszerrel találkozhatunk, amelyek a fényenergia, kémiai és mechanikai energia egymásba alakítását végzik. A fotoszintetikus reakciócentrumok például nagy hatékonysággal alakítják át a fényenergiát kémiai energiává. Az így nyert energia végül energiadús vegyületek (ATP, NADH) formájában tárolódik. Az izmokban pedig kémiai energia felhasználásával történik mechanikai munkavégzés.

10. ábra

molekuláris motorok

Animáció: A kinezin működésének molekuláris mechanizmusa