Учёные создали работающую модель двигателя жизни
Исследователи из Университета Южной Калифорнии построили теоретическую рабочую модель клеточного двигателя, который питает энергией всю жизнь.
Эта модель позволит учёным лучше понять силы жизни на молекулярном уровне и потенциально воспроизвести их, включая проектирование крошечных механических моторов для наномашин и нанороботов. Работа была опубликована онлайн в прошлом месяце в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Мы смогли взять очень сложную систему и воспроизвести в ней ключевое действие», — сказал Ариэ Варшель, заслуженный профессор химии и биохимии в USC Dornsife.
Клеточный двигатель организма — это белковая молекула, вращение которой генерирует универсальное «топливо» — аденозинтрифосфат (АТФ), питающий процессы в живых клетках. Нобелевская премия по химии 1997 года была присуждена учёным, которые выяснили структуру этого белка и описали принципы его работы.
Белок вращается, забирая сырьё и синтезируя из него АТФ. Этот топливный двигатель можно разделить на две части, одна из которых — вращающийся элемент, называемый F1-АТФазой.
Варшель и научный сотрудник Шаянтани Мукерджи создали компьютерную модель F1-АТФазы, которая с замечательной точностью воспроизвела основные физические силы, лежащие в основе работы двигателя, имитируя уникальное однонаправленное вращение клеточного мотора.
Предыдущие попытки построить такие модели опирались на сложные системы, в которых был представлен каждый атом, что затрудняло понимание, почему мотор работает.
Вместо этого Варшель и Мукерджи использовали минималистичный подход, упростив структуру — стратегию, известную в мире вычислительной биологии как «грубое гранулирование» (coarse-graining).
«Сделайте всё как можно проще, но не проще», — сказал Варшель.
Их упрощённая модель вращалась так же, как F1-АТФаза, даже останавливаясь точно в тех же местах. Она также дала самое чёткое на сегодняшний день описание того, как химическая энергия АТФ используется для вращения мотора и почему мотор вообще работает.