i

Aktuální číslo:

2026/10

Téma měsíce:

Spojení

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

Jak se bakterie oddávají sexu?

Jak se bakterie oddávají sexu? uzamčeno

Pavel Payne  |  29. 9. 2026
Srovnání bakteriálních genomů ukázalo, že homologní rekombinace je u bakterií překvapivě častá. Známé mechanismy přenosu DNA však samy o sobě...
Pravidla buněčné spolupráce

Pravidla buněčné spolupráce

Jan Černý  |  29. 9. 2026
Buňky vznikly i díky tomu, že se membránou oddělily od okolního světa. Teprve když některé z těchto hranic začaly být řízeně prostupné, objevil se...
Cesta do Tibetu jako nástroj propagandy

Cesta do Tibetu jako nástroj propagandy uzamčeno

Jarmila Ptáčková  |  29. 9. 2026
V očekávání většiny cestujících do Tibetu se pravděpodobně objevují zasněžené hory, prastaré kláštery a tmavorudá roucha buddhistických mnichů....