Siemens2024Siemens2024Siemens2024Siemens2024Siemens2024Siemens2024
i

Aktuální číslo:

2024/10

Téma měsíce:

Konzervace

Obálka čísla

Od Newtonových pohybových zákonů k simulaci buňky

 |  2. 10. 2023
 |  Vesmír 102, 556, 2023/10
 |  Téma: Pohyb

Molekuly uvnitř buněk jsou v neustálém pohybu. V tomto nepřehledném reji, kterého se účastní miliardy tanečníků různých velikostí, tvarů a chemických vlastností, se odehrávají pochody, které činí buňku živou. Jak nám počítačové simulace pomáhají zblízka sledovat složitý tanec uvnitř buňky, a lépe tak pochopit, co se v ní děje?

Pohyb je klíčovou vlastností života, a to i na molekulární úrovni. Aby mohla uvnitř buňky probíhat látková přeměna, musí se vždy nejprve setkat molekula, která má být přeměněna, s tím správným enzymem, tedy proteinem katalyzujícím danou chemickou reakci. Díky pohybu a interakcím signálních molekul dokáže buňka účinně reagovat na změny ve vnějším prostředí úpravou svých biochemických pochodů. Řízený pohyb chromozomů, obsahujících genetickou informaci, je zase klíčový při buněčném dělení.

To, že se molekuly přesouvají z místa na místo, ať už samovolnou difuzí, nebo aktivním transportem, ale není všechno. Zásadní pohyby totiž probíhají i uvnitř samotných biomolekul, tedy molekul vyskytujících se v živých organismech a plnících tam rozličné úlohy.

Příkladem takových pohybů jsou změny struktur proteinů, nejhojněji zastoupených biomolekul v buňce. Proteiny se skládají z jednoho nebo více řetězců aminokyselin a prostorová struktura, kterou tyto řetězce zaujímají, je zásadní pro funkci daného proteinu. O strukturách proteinů nám toho mnoho prozradila rentgenová strukturní krystalografie, nukleární magnetická rezonance (Vesmír 102, 330, 2023/6) nebo kryoelektronová mikroskopie.

Zároveň je ale čím dál jasnější, že si struktury proteinů nemůžeme představovat jako rigidní a neměnné. Právě naopak, fungování řady proteinů závisí na změnách jejich struktur (obr. 2) a dynamika těchto pohybů mnohdy určuje rychlost daného biochemického pochodu. Jenže popsat tyto složité pohybové kreace a to, jak jsou ovlivňovány prostředím uvnitř buňky, není vůbec snadné.

Tlačenice biomolekul

Vnitřek buňky se totiž podobá pořádně zaplněnému tanečnímu sálu. Anebo také husté polévce, ve které mohou proteiny a další biomolekuly, jako nukleové kyseliny nebo lipidy, tvořit až 40 % celkového objemu (obr. 1). V takovémto prostředí do sebe proteiny spolu s dalšími biomolekulami neustále narážejí a navzájem si překážejí. To zpomaluje jejich pohyb z jednoho místa na druhé a vede proteinové řetězce k tomu, aby přednostně zaujímaly kompaktní struktury.

Nyní vidíte 18 % článku. Co dál:

Jsem předplatitel, mám plný přístup
Jsem návštěvník
Chci si přečíst celé číslo
Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru. Více o předplatném
TÉMA MĚSÍCE: Pohyb
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Molekulární biologie, Biologie

O autorovi

Štěpán Timr

Mgr. Štěpán Timr, Ph.D., (*1989) vystudoval biofyziku a chemickou fyziku na Matematicko-fyzikální fakultě UK. Jako postdok působil v Ústavu fyzikální a chemické biologie CNRS v Paříži, nyní vede skupinu výpočetní biofyziky v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Zabývá se počítačovými simulacemi proteinů a dalších biomolekul.
Timr Štěpán

Další články k tématu

Svět v pohybu

Když jsme před více než rokem připravovali plán témat letošního ročníku, nad pohybem nevznikla větší diskuse ani v redakci, ani na setkání...

Pozor, pohyb!uzamčeno

Při sledování svého okolí často potřebujeme zaměřit pozornost na více předmětů najednou. Zatímco při řízení auta to vyžaduje uvědomování polohy...

Cena za přemíru pohybu

Globální epidemii obezity způsobuje naše dlouhodobě pozitivní energetická bilance. Jinými slovy, lidé (zdaleka nejen v nejbohatších zemích) dnes...

Nad vodou se blýskáuzamčeno

Osoby trpící chorobným strachem ze zasažení bleskem (keraunofobií) mohly mít dosud pocit, že lze spásu hledat na hladině oceánů. Pravděpodobnost,...

Doporučujeme

O konzervování, zelené dohodě i konzervatismu

O konzervování, zelené dohodě i konzervatismu

Michal Anděl  |  30. 9. 2024
Vesmír přináší v tomto čísle minisérii článků, které se zabývají různými aspekty konzervování. Toto slovo má různé významy, které spojuje...
Životní příběh Nicolase Apperta

Životní příběh Nicolase Apperta uzamčeno

Aleš Rajchl  |  30. 9. 2024
Snaha prodloužit trvanlivost potravin a uchovat je pro období nedostatku je nepochybně stará jako lidstvo samo. Naši předci jistě brzy...
Izotopy odhalují původ krovu z Notre-Dame

Izotopy odhalují původ krovu z Notre-Dame uzamčeno

Anna Imbert Štulc  |  30. 9. 2024
Požár chrámu Matky Boží v Paříži (Cathédrale Notre‑Dame de Paris) v roce 2019 způsobil ikonické památce velké škody. V troskách po ničivé pohromě...