Влияние скученности на биомолекулы оказалось значительным

Новое исследование JILA показывает, что скученная среда оказывает драматическое влияние на отдельные биомолекулы. Впервые получены данные о кинетике отдельных биомолекул в условиях скученности.

Ключевые результаты:

• В условиях скученности скорость сворачивания РНК увеличивается в 35 раз, в то время как скорость разворачивания остаётся относительно стабильной.
• РНК, обычно проводящая большую часть времени в развёрнутом состоянии, в скученной среде сворачивается гораздо чаще, хотя продолжительность каждого цикла свёрнутого состояния не меняется.

Контекст и методология:

• Клетки заполнены «материей» (белками, нуклеиновыми кислотами, липидами) на 25–35%, но влияние такой скученности на простые реакции, такие как сворачивание, изучено плохо.
• Группа Дэвида Несбитта использовала специализированный микроскоп для изучения сворачивания РНК в растворах с различной концентрацией полимера ПЭГ (PEG), который ограничивает пространство вокруг РНК, имитируя клеточную среду.
• Результаты, опубликованные в PNAS, показывают, что константы равновесия и скорости для процессов сворачивания нуклеиновых кислот могут отличаться от данных, полученных в разбавленных растворах, на 400 000% и более.

Механизм и моделирование:

• Скученность не подавляет разворачивание, а снижает энергию, необходимую РНК для достижения переходного состояния для сворачивания.
• Ускорение константы скорости сворачивания в основном обусловлено энтропией смеси, а не просто стремлением к состоянию с наименьшей энергией.
• Моделирование для условий экстремальной скученности клетки предсказывает потенциальное увеличение константы равновесия сворачивания РНК более чем в 4000 раз, а скорости сворачивания — более чем в 1000 раз.

Такие экстремальные эффекты могут глубоко влиять на скорости и предпочтительные направления сложных биохимических путей в клетках.