Kinetik Tuzaklardan Kaçış: Moleküler etkileşimler enerji bariyerini aşmayı nasıl mümkün kılıyor?

Manuel Maidorn tarafından, Max Planck Topluluğu

Karşılıklı olmayan etkileşimler, sistemleri sıkışmış konfigürasyonlardan arzu edilen bir düzenlemeye doğru itebilir. Kredi: MPI-DS, LMP

Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir makalede, Max Planck Dinamik ve Kendi Kendine Organizasyon Enstitüsü (MPI-DS) Yaşayan Madde Fiziği bölümünden bilim insanları, karmaşık sistemlerdeki enerji engellerinin nasıl aşılabileceğine dair bir mekanizma öneriyorlar. Bu bulgular moleküler makinelerin tasarlanmasına ve aktif maddenin kendi kendini organize etmesinin anlaşılmasına yardımcı olabileceğini ümit ediyorlar.

Hem fizik hem de biyolojide, sistemler minimum enerji durumuna ulaşmayı hedefler. Örneğin: bir top rampadan aşağı ve düz olmayan kumlu bir yüzeyden yuvarlandığında, sonunda bir çukurda durur. Dışarıdan daha fazla enerji eklemeden, enerji seviyesini daha da düşürecek bir eğim veya daha derin bir çukur olsa bile tekrar hareket etmeye başlamayacaktır.

Biyolojide bu olgu protein katlanmasından da bilinmektedir. ( Kinetik Tuzaklardan Kaçış ) Özellikle karmaşık sistemlerde, proteinler sentezleri tamamlamadan önce yerel bir enerji minimum seviyeye düşebilirler. Bu durum işlevlerini engeller ve kaçamayacakları statik bir denge durumuna hapsolmalarına neden olacaktır.

MPI-DS’den araştırmacılar şimdi karşılıklı olmayan etkileşimlerin bu tür durumların üstesinden gelmeye nasıl yardımcı olabileceğini araştırdılar. Bu etkileşimler genellikle moleküler yapılar arasında meydana gelir ve av-avcı davranışına benzer.

Bir molekül bir diğeri tarafından çekilebilirken, diğeri de birincisi tarafından itilir. Bu da daha önce bildirildiği gibi yapıların ve desenlerin oluşmasına neden olabilen dinamik bir etkileşime yol açar.

Saeed Osat ile birlikte çalışmanın ilk yazarı olan Jakob Metson, “Aktif maddedeki karşılıklı olmayan etkileşimlerin bu sistemlerdeki enerji bariyerlerinin aşılmasına yardımcı olabileceğini bulduk” diyor. Ayrıca Kinetik Tuzaklardan kaçış gibi bir durum bizleri çok şaşırtacaktır.

Bilim insanları makalelerinde, statik bir denge tuzağına karşı koymak için karşılıklı olmayan dinamik etkileşimleri kullanan genel bir mekanizma öneriyorlar. İçgörüleri, daha verimli moleküler sistemlerin tasarlanmasına da yardımcı olabilir.

MPI-DS Canlı Madde Fiziği Bölümü Direktörü Ramin Golestanian, “Kavramsal düzeyde, önerdiğimiz mekanizma biyolojik enzimlerin 3,5 milyar yıllık evrim sürecinde optimize edildikten sonra yapabildiklerini başarabilir” diyor.

More information: Saeed Osat et al, Escaping Kinetic Traps Using Nonreciprocal Interactions, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.028301

Journal information: Physical Review Letters 

Provided by Max Planck Society