과학자들은 분자가 외부 힘 없이 비상호작용 방식으로 상호작용할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이는 분자 상호작용과 생명의 진화에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있는 발견입니다. 메인 대학교와 펜실베니아 주립 대학교의 연구자들은 분자가 외부 힘 없이 비상호작용 방식으로 상호 작용할 수 있다는 사실을 발견했습니다.
중력과 전자기력과 같은 기본 힘은 상호 작용합니다. 즉, 두 물체가 서로 끌어당기거나 밀어냅니다. 그러나 우리의 일상 경험에서 상호작용은 이러한 등가성을 따르지 않는 것 같습니다. 예를 들어, 포식자는 먹이에게 유인되지만 먹이는 포식자로부터 도망치는 경향이 있습니다. 이러한 비상호적 상호작용은 유기체의 복잡한 행동에 매우 중요합니다.
박테리아와 같은 미세한 시스템의 경우 비상호작용 메커니즘은 유체역학적 힘이나 기타 외부 힘으로 설명되었으며 이전에는 유사한 유형의 힘이 단일 분자 간의 상호작용을 설명하는 것으로 생각되었습니다.
펜실베니아 주립대학의 이론물리학자 R. Dean Astumian과 그의 동료인 Ayusman Sen, Niladri Sekhar Mandal은 유명한 세포 언론인 "Chem"(Chem) 잡지에 연구 결과를 발표했습니다.
이 메커니즘은 각 화학 촉매(생체촉매의 예로는 효소)에 의해 촉진되는 반응으로 인해 반응물과 생성물의 국지적 구배를 인용합니다. 기울기에 대한 촉매의 반응은 촉매의 특성에 따라 달라지므로 한 분자가 다른 분자에 의해 반발될 수도 있지만 다른 분자에 끌릴 수도 있습니다.
핵심 요소:동적 비대칭
저자들은 토론 중에 모든 촉매가 농도 구배에 대한 반응 방향을 제어하는 "운동적 비대칭성"이라는 특성을 가지고 있음을 깨달았습니다. 이것이 바로 '유레카 순간'이다. 역학적 비대칭성은 효소 자체의 특성이므로 진화하고 적응할 수 있습니다. 동적 비대칭으로 인해 허용되는 비등가 상호작용은 분자 간 상호작용에서도 중요한 역할을 하며, 단순한 물질이 복잡해지는 과정에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다.
비상호적 상호작용이 발생할 때 어떤 일이 발생하는지에 대해 다른 연구자들이 많은 이전 작업을 수행했습니다. 이 연구는 "활성 물질" 분야의 발전에 중심적인 역할을 해왔습니다. 이러한 초기 연구에서는 임시 힘을 추가하여 비대화형 상호 작용이 도입되었습니다.
그러나 Mandal, Sen 및 Astoumian의 연구는 단일 분자 간의 이러한 상호 작용을 생성하는 기본 분자 메커니즘을 설명합니다. 이 연구를 바탕으로 동일한 저자는 개별 촉매 분자가 촉매 반응에 의해 생성된 에너지를 사용하여 농도 구배에서 방향 이동을 수행하는 방법도 보여주었습니다.
생체분자 기계와 초기 생명에 대한 시사점
서로 다른 촉매 사이의 비대화형 상호작용을 결정하는 운동학적 비대칭성은 생체분자 기계의 방향성에 중요한 것으로 나타났으며 합성 분자 모터 및 펌프 설계에 통합되었습니다.
Astoumian, Sen 및 Mandal의 협력은 궁극적으로 생명의 진화로 이어진 최초의 대사 구조를 형성했을 수 있는 다양한 촉매의 느슨한 결합 뒤에 있는 조직 원리를 밝히는 것을 목표로 합니다.
"우리는 아직 이 연구의 시작 단계에 있지만 동적 비대칭성을 이해하는 것은 생명이 단순한 분자에서 어떻게 진화했는지 이해할 수 있는 기회라고 생각합니다. 이를 통해 물질의 복잡성에 대한 통찰력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 동적 비대칭성은 분자 기계 및 관련 기술의 설계에도 사용될 수 있습니다."라고 Astumian은 말했습니다.
Niladri Sekhar Mandal, Ayusman Sen 및 R. Dean Astumian의 "상호작용하는 활성 촉매 사이의 비가역적 상호작용의 분자 기원", 2023년 12월 29일, Chem.
DOI:10.1016/j.chempr.2023.11.017
컴파일된 소스: ScitechDaily