«Природный нанодвигатель» кинезин с пользой использует лишь 20% энергии АТФ - Физики
Ученые не смогли объяснить такую неэффективность «мотора», и на что уходит оставшаяся химическая энергия.
Физики из Японии при помощи оптического пинцета установили, что «шагающий белок» в живых организмах кинезин использует лишь 20% всей энергии АТФ на совершение полезной работы. Данное открытие удивило ученых, ведь кинезин выполняет в организме огромную и тяжелую работу. Этот важный «природный нанодвигатель» поддерживает деление клеток в организме, транспортирует нейромедиаторы, демонтирует микротрубочки, приводит в движение мышцы, и способствует синтезу новых белков и аминокислот, при этом потребляет массу химической энергии, однако лишь малую часть ее расходует с пользой.
КПД «кинезинового двигателя» достигает 50%, за один шаг он перемещается на 8 нанометров, при этом способен развивать скорость до 2000 км/ч. Для своей работы кинезин потребляет энергию из АТФ, которую окисляет до АДФ с высвобождением порядка 8,5?10?20 джоулей энергии - одной молекулы АТФ хватает лишь на один шаг белка. Учитывая, что максимальная тяга, которую может создать белок, не превышает семи пиконьютонов, для полноценной работы ему бы хватило всего 5,6?10?20 джоулей энергии, а следовательно большая часть химической «топлива» в организме улетучивается в неизвестном механизме. При этом обычно кинезин не шагает в одном направлении - при больших нагрузках белок часто делает шаги в обратную сторону, что значительно тормозит его.
Команда физиков под руководством Такаюки Арига попыталась выяснить, куда же девается остальная, не использованная энергия АТФ. Для этих целей ученые создали провели ряд экспериментальных исследований. Им удалось искусственно воссоздать процесс движения кинезина с точной передачей всех параметров. Они установили, что независимо от концентрации АТФ, на движение тратится порядка 20% ее энергии, а остальная часть уходит на нагревание. Таким образом, кинезин - крайне неэффективный мотор, особенно в сравнении с такими белками, как АТФ-синтаза (F1-ATPase), которая с пользой использует около 100% химической энергии.
Теоретическая модель и ряд расчетов хотя и отобразили с удивительной точностью экспериментальную модель, не смогла объяснить такую неэффективность кинезина.
