Раскрывая механику жизни: ферменты как мягкие программируемые наноботы

Живые клетки наполнены молекулярными машинами, постоянно обрабатывающими энергию, материю и информацию. Среди них выделяются белки, а особенно ферменты. Эти каталитические структуры на много порядков ускоряют жизненно важные метаболические реакции. Хотя давно известно, что ферменты совершают движения в ходе каталитического цикла, измерение и предсказание этих внутренних движений и сил было крайне сложной задачей.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, решает эту проблему. Это результат международного сотрудничества под руководством профессора Цви Тлусти из Департамента физики UNIST и профессора Элиши Мозеса из Физического факультета Института науки Вейцмана в Израиле.

Учёные объединили модели искусственного интеллекта (ИИ) с молекулярно-динамическим моделированием для предсказания внутренней динамики ферментов и инновационную технику "нанореологии" для её измерения с беспрецедентной точностью.

Вычислительные и экспериментальные результаты привели к созданию новой вязкоупругой модели ферментов. Она объясняет взаимосвязанные эффекты упругих сил, возникающих при растяжении или скручивании молекулярных связей, и сил трения (вязкости), связанных с разрывом и восстановлением связей.

"Наконец, эта новая физическая модель может объяснить, как тонкие наномасштабные движения и силы внутри ферментов влияют на их биологические функции. Она позволяет нам воспринимать белки как мягких роботов или программируемую активную материю", — сказал профессор Тлусти.