Wie erfüllen Proteine ​​ihre Funktion [geschlossen]

Ich habe eine Frage zum Physik-Stackexchange gestellt, wurde aber hierher weitergeleitet. Ich kopiere die ganze Frage Wort für Wort. Das Original ist hier .

Nehmen wir zum Beispiel ein Ribosom. Es ist ein Enzym, das wiederum nur ein Molekül ist, das den Gesetzen der Physik folgen muss.

Korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber es kann als eine molekulare Maschine angesehen werden, die aus mehreren Teilen besteht. Was genau lässt diese Teile zusammenarbeiten?

Warum bindet das Ribosom an einen RNA-Strang? Ist es nur die Form und die elektrische Ladung oder ist es mehr? Sobald das Ribosom an ein Stück RNA gebunden ist, wie bewegt es sich?

Ich suche gewissermaßen den „Geist in der Maschine“. Ich interessiere mich für Moleküle im Allgemeinen, nicht nur für Ribosomen. Was ist es, das auf der Ebene einzelner Atome Moleküle "lebendig" macht - sich bewegt, ein Protein zusammenbaut usw.?

PS. Ich habe Probleme, meine Frage zu formulieren. Wenn also etwas nicht klar ist, hinterlassen Sie bitte einen Kommentar, und ich werde darauf eingehen.

Bearbeiten 1: Dies ist definitiv eine Physikfrage. Ich betrachte die Skala mehrerer Atome.

Lassen Sie mich ein hypothetisches Beispiel geben:

Stellen Sie sich einen Kohlenstoffstrang vor. Stellen Sie sich auch vor, dass es ein Molekül gibt, das sich entlang dieses Strangs bewegen kann. Wie würde es das tun? Welche Kräfte würden es entlang dieses Strangs bewegen? Ist es Elektromagnetismus? Würde die Schwerkraft in erheblichem Maße beteiligt sein? Welche Wirkung hätte die Form?

Wird die Frage dadurch klarer?

Ein Blick auf die Größenordnung von Atomen wird nicht helfen, eine molekulare Maschine zu verstehen, die aus Tausenden von Atomen besteht.
@Chris Wie soll ich versuchen, die molekulare Maschinerie zu verstehen? Nach welchen Themen, Büchern, Ressourcen sollte ich suchen?
Ich stimme mit Chris überein, dass viel, wie Enzyme Dinge verarbeiten, mit ihrer Struktur und der Ladung oder dem Mangel an Ladung im aktiven Zentrum zusammenhängt. Sie müssen auch bedenken, dass ATP verwendet wird, um viele Reaktionen zu katalysieren, was bedeutet, dass Sie einen Makroblick haben müssen. Ich würde mit Biophysik anfangen.
@Nathan hast du einen Vorschlag für eine Ressource zum Starten? Vielleicht ein Lehrbuch?
@Chris Looking at the scale of atoms will not help understanding a molecular machine made of thousands of them.Es hilft, es ist nur sehr, sehr schwierig.
@tel Ich würde sagen, es ist, als würde man sich eine Schraube in einem Roboter ansehen, der Türen an Autos anbringt, und versuchen zu verstehen, wie der Roboter Türen an Autos anbringt. In Bezug darauf, was eine bestimmte Schraube im Hinblick auf das Ganze tut, können Sie etwas gewinnen. Aber wenn man nur auf die Schraube schaut, kann man das Gesamtbild nicht verstehen. Und das ist eine anständige Analogie, da die Atome die Aminosäuren bilden, von denen die meisten (in einer großen Anzahl von Proteinen) strukturell sind und wenig Funktion bei der Aktivierung des Proteins haben.
@tel Ich würde sagen, es ist ein Blick auf die Atome eines Autos, wenn Sie wissen wollen, wie es funktioniert. Aus der Sicht können Sie nur sehr kleine Teile der Maschine sehen und dies hilft Ihnen nicht beim Gesamtverständnis.
@Chris Ihre Analogie weicht in Bezug auf die relative Skala um etwa 8 Größenordnungen ab. Es ist eher so, als würde man sich all die Hunderte von Zahnrädern, Wellen, Kolben usw. ansehen, aus denen der Antriebsstrang eines Autos besteht, um vollständig zu verstehen, wie er funktioniert. Sie betrachten nicht nur jeden dieser Teile isoliert, sondern versuchen, das Netzwerk ihrer Interaktionen zu charakterisieren.
@Nathan Ja, der Detaillierungsgrad kann überwältigend sein, aber die moderne Wissenschaft ist in der Lage, mit vielen dieser Details produktiv umzugehen. Denken Sie daran, dass eines der ultimativen Ziele dieser Art von Arbeit immer darin bestand, unsere eigenen maßgeschneiderten Proteine ​​herzustellen und zu kontrollieren. Es ist eine fummelige Arbeit. Die Lehre aus den letzten 40 Jahren des Fortschritts auf diesem Gebiet ist, dass es auf die Details ankommt, oft auf überraschende und bedeutsame Weise.
@tel Also ist das funktionierende Ribosom eine äußerst komplexe Maschinerie. Ich würde damit beginnen, ein Standard-Biochemiebuch zu lesen, das normalerweise einen guten Überblick bietet, und dann anfangen, spezifischer zu werden.

Antworten (1)

Diese Frage ist viel zu weit gefasst, aber ich werde einige kurze und vereinfachte Antworten auf die Hypothese geben, die Sie am Ende gestellt haben. Lassen Sie uns zunächst Ihr Beispiel ein wenig umformulieren:

Wie bewegt sich das Ribosom entlang eines RNA-Strangs?

  • Wie würde es das tun?
    • Durch Hydrolyse von GTP und irgendwie Kopplung der mit dieser Reaktion verbundenen freien Energie an die Vorwärtsbewegung. Denken Sie daran, dass sowohl das Ribosom als auch die RNA ständig einer zufälligen Brownschen Bewegung (dh Wackeln) unterliegen, sodass es eher darum geht, die Bewegung des Ribosoms in eine bestimmte Richtung zu lenken, als das Ribosom überhaupt zu bewegen.
  • Welche Kräfte würden es entlang dieses Strangs bewegen?
    • Das derzeitige Verständnis der molekularen Biophysik, das keineswegs vollständig ist, besagt, dass der primäre Treiber dieser Art von Proteinaktivität elektrostatische Kräfte sind.
  • Ist es Elektromagnetismus?
    • Es gibt keine elektrischen Ströme an sich, also spielt Magnetismus keine Rolle.
  • Würde die Schwerkraft in erheblichem Maße beteiligt sein?
    • Bei diesen Skalen hat die Schwerkraft keinen signifikanten Einfluss.
  • Welche Wirkung hätte die Form?
    • Form hat eine enorme Wirkung. Eines der grundlegenden Axiome der molekularen Biophysik ist, dass die Funktion der Form folgt. Die 3D-Konfiguration dieser elektrostatischen Kräfte, die ich erwähnt habe, wird wiederum durch die 3D-Konfiguration der beteiligten Makromoleküle bestimmt.

Wenn Sie (viel) mehr über diese spezielle Frage wissen möchten und Zugang zu Zeitschriften haben, lesen Sie diese Rezension: Wie sollten wir über das Ribosom nachdenken?

Du schreibst "Indem GTP hydrolysiert und die freie Energie irgendwie gekoppelt wird". Wenn Sie irgendwie sagen, meinen Sie damit, dass es ein sehr komplexer Prozess ist oder dass die Menschheit es nicht weiß?
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