Химики открыли путь к синтетической жизни

Химики открыли путь к синтетической жизни

Команда химиков под руководством Арье Уоршела (Arieh Warshel) из Университета Южной Калифорнии разработали метод, позволяющий предсказать каталитическую активность различных ферментов. В будущем это позволит создавать ферменты с нужными свойствами для промышленного производства, а также для получения искусственных клеток. Статья, в которой раскрываются подробности научной работы, опубликована в The Journal of Chemical Physics.

Ферменты играют важную роль в большинстве биологических процессов: получении и переносе энергии, транскрипции и трансляции генетического материала, а также передаче сигналов. Ферменты являются биологическими катализаторами, ускоряя биохимические реакции на много порядков, обеспечивая правильное функционирование живых клеток. Однако фундаментальные причины каталитической мощности ферментов до сих пор оставались загадкой.

Новый подход, который объединяет в себе классическую и квантовую физику, позволяет выяснить, что именно позволяет протекать ферментативной реакции. Метод основан на модели комплексных химических систем, за которую Уоршел получил в 2013 году Нобелевскую премию. Чтобы реакция протекала, необходим определенный уровень свободной энергии. На свободную энергию оказывают влияние физические факторы. Значения последних могут меняться в широких пределах, что приводит к понижению или увеличению свободной энергии. Тем самым создается своеобразный ландшафт, где вершины холмиков соответствуют максимумам энергии, а долины — минимумам.

Чтобы проверить, какие именно факторы имеют значение, ученые смоделировали влияние конформационных изменений ферментов (иными словами, изменения их геометрической структуры), а также их химические и физические свойства. В качестве сравнения химики исследовали течение химических реакций без участия ферментов. Оказалось, что ключевым фактором, способствующим каталитической активности ферментов, является разность потенциалов между реагентами и продуктами реакции.

Модель позволяет предсказать, какими должны быть ферменты, чтобы достичь подходящей разности потенциалов для протекания реакции. Так можно адаптировать белки для катализа химических и биохимических процессов в промышленных масштабах.

Lenta.ru

Похожие новости:
Химики приблизились к разгадке возникновения жизни на Земле
Американские химики утверждают, что пара простых соединений, в изобилии доступных на древней Земле, способны создать три основных класса биомолекул, необходимых для развития жизни: нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), аминокислоты и липиды. Исследование на эту тему представлено в журнале Nature Chemistry. Возникновение ..
2015-03-20 2536 0 Научные открытия
1
Британские химики открыли путь к водородным двигателям
Специалисты небольшой венчурной фирмы Acal Energy из города Ранкорн в графстве Чешир утверждают, что нашли способ радикально снизить стоимость эксплуатации автомобильных двигателей, работающих на водороде. "Мы убеждены, что это прорыв исторического значения, - заявил представитель компании Брендан Билтон. ..
2013-10-13 2394 0 Научные открытия
0
Химики впервые застали неон за взаимодействием с металлом
Химики из Кембриджского центра кристаллографии, Университета Рутгерса и Аргоннской национальной лаборатории впервые зафиксировали взаимодействие между неоном — благородным газом — и переходным металлом. Ученым удалось адсорбировать неон в металл-органический каркас. Взаимодействие наблюдалось при давлении около 100 атмосфер. Исследование ..
2016-08-13 2163 0 Научные открытия
2
Ферменты заставили эволюционировать искусственные ДНК
ДНК — основа почти любого организма планеты. "Подделать" дезоксирибонуклеиновую кислоту, представляющую собой двуцепочечную нить, биологи пытались не раз. Однако впервые им удалось заставить макромолекулы дублировать себя, самостоятельно "размножаться". С химической точки зрения ДНК — это длинная ..
2012-04-22 1688 0 Научные открытия
0
Найдено безболезненное средство против камней в почках
Американские исследователи из Университета в Хьюстоне выяснили, что натуральный растительный экстракт способен растворить оксалат кальция — компонент камней в почках человека. О своем открытии ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature.Химики определили, что соединение, называемое гидроксицитратом, является эффективным ..
2016-08-09 3530 0 Научные открытия
0
Объяснено происхождение сложных форм жизни
Ученые Витватерсрандского университета в Йоханнесбурге расшифровали геном одной из простейших многоклеточных форм жизни — зеленой водоросли Tetrabaena socialis, состоящей из четырех клеток. Это позволило определить генетические механизмы, которые способствовали возникновению многоклеточности. Статья биологов опубликована в журнале ..
2018-02-05 7537 0 Научные открытия
0
Физики открыли тетракварк
Физики из международной коллаборации DZero открыли новую частицу, получившую название тетракварк. Исследование направлено на публикацию в журнал Physical Review Letters, кратко о нем сообщается на сайте Фермилаба.Частица образована четырьмя кварками (верхним, нижним, странным и прелестным). Ее масса равняется ..
2016-02-29 1942 0 Научные открытия
2
Химики создали первые микроракеты с отложенным пуском
Химики из Университетов Калифорнии (США) и Алькалы (Испания) создали первые каталитические микроракеты с отложенным пуском. При погружении в раствор, содержащий «топливо», частицы начинают двигаться не сразу, а с задержкой, которая может достигать получаса. Размер ракет в несколько раз меньше толщины ..
2016-10-23 3281 0 Научные открытия
0
Химики объяснили исчезающие острова Титана
Химики из Университета Реймса (Франция), Мексиканского института нефти и Национального политехнического института нефти объяснили возникновение и исчезновение «островов» в морях Титана. По словам исследователей, похожие на острова объекты в действительности являются крупными пузырьками азота, поднимающимися с глубины порядка 200 метров. Повышенное ..
2017-04-19 16675 0 Научные открытия
0
Химики предложили молекулярный двигатель Ванкеля
Американские химики предложили схему молекулярного двигателя Ванкеля. Статья ученых пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Двигатель представляет собой кластер (то есть скопление взаимосвязанных молекул), состоящий из 13 молекул бора (также в работе рассматривался кластер ..
2012-04-16 1853 0 Научные открытия
0
Китайцы открыли новый вид твердого углерода
Китайские физики предложили два новых вида твердого углерода, который, вероятно, отличается относительной стабильностью. Статья ученых пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org. В настоящее время физики активно изучают преобразования, которые претерпевает ..
2012-04-4 2170 0 Научные открытия
0
Эксперимент с лазером объяснил зарождение жизни от удара метеорита
Благодаря высокомощному лазеру в пражской лаборатории ученые смогли воссоздать удар астероида (или кометы) по поверхности древней Земли и получить, за долю секунды, все органические компоненты РНК (рибонуклеиновой кислоты), которую считают первым носителем генетической информации. Результаты эксперимента ..
2014-12-10 1892 0 Научные открытия
-1
Генетические цепочки обладают функциями логики и памяти
Специалисты по синтетической биологии из Массачусетского технологического института создали «генетические цепочки», которые могут выполнять базовые логические функции в живых клетках. Кроме выполнения логических операций клетки бактерий, в которых находятся эти цепочки, могут запоминать результаты, поскольку ..
2013-02-16 1627 0 Научные открытия
0
Химики продемонстрировали кандидата в предшественники РНК
Ученые обнаружили способность циануроновой кислоты и соединенийтриаминопиримидина образовывать нековалентные полимерные комплексы, которые могли быть предшественниками РНК в ходе добиологической эволюции. Работа опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society, а ее краткое содержание приводит ScienceNow. Оба исследованных вещества ..
2013-02-13 1382 0 Научные открытия
0
У света обнаружили необычные свойства
Японские, украинские, американские и корейские ученые открыли новые необычные свойства света. Авторы опубликовали исследование в журнале Nature Communications, кратко с ним можно ознакомиться на сайте RIKEN, крупного японского Института физико-химических исследований. Исследуя динамические характеристики эванесцентной волны, ..
2014-04-28 3384 0 Научные открытия
0