Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Природные бионаномашины созданы для оптимального функционирования именно в клеточном цитозоле, переполненном крупными молекулами, в условиях "толчеи" и "давки". Бионаномашины занимают 20-30% объема цитозоля. Такая "молекулярная толчея" чрезвычайно важна именно для ассемблирования и функционирования бионаномашин.

В условиях "молекулярной давки" каждая макромолекул окружена множеством других макромолекул, поэтому пространство вокруг данной макромолекулы постоянно заблокировано присутствием соседних молекул. Такая физическая блокировка макромолекул в десятки и сотни раз затрудняет (ингибирует) диффузию метаболитов. А диффузия самих макромолекул снижается еще больше.

Однако, хотя это и не так очевидно, "молекулярная давка" ускоряет ассоциацию молекул в макромолекулярные комплексы.

 Экспериментальные и теоретические исследования показали, что именно "молекулярная толчея" стимулирует образование компактной формы молекул и способствует формированию функциональных мультимерных структур.

 Рассмотрим, например, димерный белок, мономеры которого объединены слабыми нековалентными взаимодействиями.

В слабоконцентрированном растворе предпочтительнее было бы индивидуальное существование мономеров. Однако, в концентрированном растворе, будет предпочтительнее димерная форма белка, даже если буферные молекулы не взаимодействуют прямо (химически) с мономерами.

Такой сдвиг равновесия в сторону димеризации вызывается изменениями энтропии. Уменьшение свободного объема затрудняет диффузию молекул. Поэтому, как только два мономера найдут друг друга, они будут сопровождать (держаться около) друг друга, неразлетаясь, сохраняя димерную форму. Слабые нековалентные взаимодействия, которые были бы несущественными в слабоконцентрированном растворе, становятся важными в условиях "молекулярной давки" в цитозоле клетки. Такое усиление ассоциативности в первую очередь относится большим молекулам.

 Подобная активизация процессов ассоциации может иметь интересные следствия. Например, может происходить изменение топологии продуктов, которые формируются ДНК-лигазой (фермент, соединяющий концы фрагментов ДНК).

Если применить ДНК-лигазу к разбавленному раствор уфрагментовДНК, она будет соединять их, формируя линейную молекулу ДНК.

 Если же к раствору добавить большую концентрацию буферных молекул, то вместо линейных молекул будут образовываться кольцевые. В условиях "молекулярной толчеи" фрагментам ДНК труднее "найти" друг друга, поэтому лигазе легче найти второй конец "своего" фрагмента, чем конец другого фрагмента, и она замыкает фрагменты, формируя кольцевые молекулы ДНК.

Примечательно, что эти два эффекта:

  • затруднениедиффузиии
  • интенсификация ассоциирования,

 противоположно влияют на скорость ферментативных реакций.

"Молекулярная толчея" затрудняет диффузию субстрата к ферменту– препятствует протеканию ферментативной реакции, снижает скоростьреакции. Но когда субстрат так и протолкается к ферменту и свяжется с ним, то эта же толчея будет препятствовать разрушению фермент-субстратного комплекса – способствует завершению ферментативной реакции, увеличивает скорость реакции. Поэтому, в действительности, скорость ферментативной реакции может сложным образом зависеть от величины концентрации буферных молекул в растворе.

Для бионанотехнологии может оказаться необходимым добавление буферных молекул в раствор, для того, чтобы воспроизвести среду (окружение), которая необходима для протекания процессов в природных биомолекулах.

Для многих ферментов отмечено возрастание ффективности их действия, если в реакционную среду добавлены буферные молекулы, такие как полиэтиленгликоль (ПЭГ) или нейтральный белок сывороточный альбумин (serum albumin). Такая добавка стимулирует ферменты к тому, чтобы они приняли необходимую конформацию, и улучшает их взаимодействия совсеми их партнерами по взаимодействиям (субстраты, эффекторы), которые присутствуют в растворе.

Молекулярная толчея снижает диффузию, но усиливает ассемблирование больших молекул.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Электронный адрес для связи artemchichkov@gmail.com

^ Наверх