Невероятный Кинезин!

Биологические «роботы» поразят вас!

Автор: Кальвин Смит (англ. Calvin Smith)
Источник: creation.com
Перевод: Елена Бондаренко 
Редактура: Владимир Силенок

Встань и доставь

Молекулы кинезина — это моторные белки, обнаруженные в живых существах. Известные как «рабочие лошадки клетки», они перевозят жизненно важные грузы по дорогам внутри  клеток, называющихся микротрубочками. Стивен Блок (Steven Block, профессор прикладной физики и биологических наук Стэнфордского университета) описал кинезин так: «Кинезин работает в клетках как локомотив, перевозя груз туда и обратно».^[1]

Типичная молекула кинезина имеет длину всего 70 миллиардных долей метра (три миллионных доли дюйма) и имеет поразительное сходство с человеком! Типичный кинезин имеет две «руки» на одном конце молекулы (которые держат груз) и две «ноги» на другом конце, которые идут вдоль микротрубочки, и, таким образом, тянут груз к месту назначения. В некотором смысле они подобны «почтальонам», доставляющим почту внутри клеток.

Биологические роботы?

Внутри всех форм жизни, имеющих в клетках ядра (эукариоты), белки и другие запчасти должны быть доставлены в определенное время в определенные отделы внутри клетки. Если необходимая запчасть представляет собой белок, завод-производитель (называемый рибосомой) получает чертежи этой детали из ядра (информация хранится в ядре на нити ДНК, но чертеж отправляется в виде РНК-копии этого участка ДНК).

Это сложное скоординированное действие, так как кто-то должен сначала получить доступ к библиотеке ДНК данного существа, разархивировать ее в точном месте, необходимом для конкретной требуемой информации (для любой запчасти, которая должна быть изготовлена), создать копию информации для этой части и доставить на завод. (См. анимацию внизу слева.)

Затем другая органелла клетки (называемая аппаратом Гольджи) упаковывает необходимую запчасть, заворачивая ее в сумку (называемую везикулой), и на внешней стороне везикулы-посылки отпечатывает «адрес», по которому запчасть должна быть доставлена внутри клетки.

Затем вызывается кинезин. Он подхватывает посылку и «шагает» по дорожкам микротрубочек внутри клетки и доставляет посылку туда, где она необходима. (В различных организмах, от дрожжей до человека, было обнаружено множество различных типов кинезина [и родственных кинезину белков] с различными характеристиками и функциями. Приведенный выше пример являлся просто примером «стандартного» задания.)

Вид сверху

Чтобы понять сложность того, что ученые наблюдают в работе кинезина, мы могли бы использовать следующий гипотетический сценарий в качестве аналогии с более привычной точкой зрения:

В один прекрасный день, когда Джо трудится на своей работе, его машина ломается. Он находит сломанную деталь и звонит со своего мобильного телефона местному производителю, запрашивая новую, и сообщая номер детали.

Производитель соглашается и записывает адрес Джо. У производителя есть список всех номеров всех деталей, но нет схемы для них, поэтому он отправляет электронное письмо другой компании (у которой есть копии всех чертежей для каждой детали, необходимой в производстве) с запросом чертежа. Там сотрудник делает ксерокопию нужного раздела и передает производителю.

Затем по инструкциям в чертежах фабрика изготавливает деталь и кладет ее в пакет, помеченный почтовым адресом из своей базы данных.

Связываются с курьером. Он приходит на фабрику и забирает посылку. Имея подробные карты города, курьер прокладывает наиболее удобный маршрут, едет по нему, и ​​доставляет посылку. Миссия выполнена!

Большинство согласится с тем, что описанный выше уровень сложности впечатляет. Технологии и интегрированные компоненты (такие как специализированные знания, системы связи, производственные мощности и базы данных), необходимые для таких сложных процедур, невероятно сложны, и все эти шаги на каждом этапе координировались умными людьми. Однако настоящие процессы, связанные с работой кинезина, гораздо сложнее, чем то, что выше случилось с «Джо».

Всё за один рабочий день

Каким бы поразительным это ни было, исследования показывают, что кинезины делают гораздо больше, чем предполагалось изначально. Теперь известно, что кинезины поддерживают митоз (клеточное деление) и мейоз (клеточное деление, при котором ядро ​​делится на четыре дочерних ядра, образуя репродуктивные клетки). В дополнение к транспорту «обычных» клеточных грузов кинезины транспортируют нейротрансмиттеры, необходимые нейронам для связи друг с другом.

Некоторые кинезины могут демонтировать микротрубочки после того, как пройдут по ним. Контроль длины микротрубочек особенно важен во время клеточного деления^[2] — отсутствие контроля может вызвать хромосомную нестабильность, которая, в свою очередь, связана с раковым заболеванием человека.^[3]

Профессор Маттиас Риф (Matthias Rief) с физического факультета Мюнхенского технологического университета говорит: «Наши результаты показывают, что помимо простого транспорта молекулярный двигатель должен выполнять большое количество функций, для того что бы успешно работать в клетке. Должна быть возможность включения и выключения двигателя, и он должен быть в состоянии принять груз, необходимый в определенном месте, и переместить его в пункт назначения».^[4]

Быстро и эффективно

Эти невероятные кинезиновые роботы не только выполняют множество задач, но и делают это с невероятной эффективностью! Ознакомьтесь с этими «современными» функциями:

Мощность – «Мало того, что он крошечный, двигатель кинезина имеет КПД около 50 процентов, что примерно в два раза выше, чем у бензинового двигателя внутреннего сгорания. И, как лучший из лучших, кинезин производит почти в 15 раз больше мощности, чем этот искусственный двигатель».^[5]

Скорость. Кинезиновый мотор впечатляюще быстрый, он может совершать 100 шагов в секунду. «В масштабе, увеличеннный до наших собственных размеров двигатель с соответствующими характеристиками будет двигаться с такими же скоростями и производить столько же лошадиных сил на единицу веса, сколько и реактивные двигатели сверхзвукового автомобиля Thrust,^[6] который недавно преодолел звуковой барьер».^[7] (в пропорциях, это как если бы человек двигался со скоростью 600 метров в секунду или 1300 миль в час!)

Энергоэффективность — кинезины питаются от универсального аккумулятора энергии — химического соединения, называемого АТФ (который вырабатывается другим невероятным молекулярным двигателем, называемым АТФ-синтазой — см. анимацию внизу справа). Каждая молекула «топлива» АТФ, с которой сталкивается кинезин, запускает ровно один шаг «почтальона», длиной в 8 нанометров. Однако когда груз не прикреплен,  кинезины переходят в «спящий режим» чтобы предотвратить напрасные траты АТФ. Подобно тому, как современные компьютеры для сохранения энергии отключаются после определенного периода неиспользования, кинезины имеют функцию гибернации. (Хотя ученым известно, что в состоянии покоя двигатель укладывается в «аутоингибированное»^[8] состояние, молекулярный механизм остается неясным.)

Командные игроки — также молекулы кинезина работают совместно, если дела идут плохо! Если груз, нуждающийся в транспортировке, слишком тяжел для того, чтобы с ним справился один «почтальон», имеются «… существенные доказательства того, что грузы в естественных условиях транспортируются при помощи нескольких двигателей».^[9]

Они также демонстрируют «множественную передачу» своего груза. Подобно бегунам в эстафете, кинезины могут «передавать» свой груз «свежему» соседу после того, как доставят его на определенное расстояние, а другой кинезин завершит процесс доставки.

Гибкое планирование. У кинезинов также есть способность к «режиму обходных маневров», которая позволяет им обходить препятствия, с которыми они могут столкнуться. Подобно «перерасчету маршрута» системы GPS, кинезины продемонстрировали замечательную способность автоматически изменять маршрут при необходимости.

Переработка. Самый ярый сторонник «зеленого движения» позавидовал бы способности кинезина сохранять и перерабатывать. Имеются убедительные доказательства того, что кинезины либо доставляются обратно в центр клетки при помощи больших транспортных единиц (подобно, общественному транспорту в городах), либо, как вариант, после выполнения своих задач разбираются, а их составные части перерабатываются.^[10]

Преданность идее натурализма

Конечно, такая невероятно сложная биотехнология просто кричит: «Дизайн», но получает ли Бог славу в научной литературе, описывающей эти удивительные машины и процессы? Нет, а вот «природа» получает:

«Впечатляет, как природе (выделено мной) удается сочетать все эти функции в одной молекуле. В этом отношении она по-прежнему намного превосходит все усилия современных нанотехнологий и служит прекрасным примером для всех нас».^[11]

Почему же, в то время, как наука раскрывает такие красноречивые свидетельства авторской работы Бога, разумные люди могут видеть эти доказательства и отрицать Творца? Это из-за атеистической, эволюционной идеологической обработки, которую, конечно же, получают большинство людей в западном мире. Атеизм предан идее натурализма, и поэтому, как сказал доктор Скотт Тодд (Scott Todd, иммунолог из Канзасского государственного университета): «Даже если все данные указывают на разумного создателя, такая гипотеза исключается из науки, потому что она не натуралистична». (Это было бы неожиданной новостью для многих великих богобоязненных ученых прошлого, таких как сэр Исаак Ньютон и Луи Пастер).

Конечно, согласно эволюционной теории, клетки эукариот предположительно эволюционировали более двух миллиардов лет назад.^[12] Это означает, что эволюционисты готовы поверить, что такие поразительно сложные технологии, как молекулярные двигатели и их операционные системы, возникли в результате естественных процессов (без участия разума) на очень раннем этапе их воображаемой временной шкалы. Но эта технология намного превосходит все, что когда-либо создавали самые умные научные умы на планете!

Является ли «эволюция» ответом на вопрос о началах?

«Движение на клеточном уровне является признаком жизни», — заявил Блок (Block). «Фундаментальный вопрос заключается в том, каким образом живые организмы поняли, как двигаться? Ответ заключается в том, что они разработали кинезин и несколько других очень эффективных белковых моторов. Если бы кинезин полностью вышел из строя, вы бы не дожили даже до стадии эмбриона, потому что ваши клетки не смогли бы выжить. Вот насколько это важно».^[13]

У эволюционистов нет правдоподобной теории о том, как что-то столь сложное, как кинезин (а также необходимые операционные и коммуникационные системы), могло развиваться постепенно (не говоря уже обо всех бесчисленных других функциях и особенностях, о которых мы знаем у так называемых «простых» живых существ).

Однако когда мы видим подобные машины и операционные системы (роботы, компьютеры, Интернет и т. д.) в нашей повседневной жизни на работе или дома, они всегда являются результатом разумного и сознательного замысла. Насколько логичнее полагать, что высший разум, который мы можем представить (Бог-Творец Библии), создал все чудесные механизмы внутри нас и мира вокруг нас!

Как ДНК транскрибируется в мРНК при помощи РНК-полимеразы, а затем транслируется в белок в рибосоме с помощью «адапторных» молекул тРНК. Затем шапероны сопровождают этот белок в шаперонин, для правильной укладки. Весь этот механизм сам по себе закодирован в ДНК, но ДНК не может быть прочитана без самого этого механизма декодирования — порочный круг или проблема курицы и яйца. Кроме того, в большинстве этих процессов используется энергия, поставляемая молекулой АТФ, вырабатываемой двигателем АТФ-синтазой (справа). Но двигатель АТФ-синтазы не может быть произведен без инструкций в ДНК, прочитанных с помощью машин декодирования с использованием АТФ …  тройной круг, или, возможно, проблема яйца, нимфы и кузнечика.

20-нанометровый (высота) двигатель АТФ-синтазы (один нанометр равен одной тысячной миллионной метра). Эти вращающиеся моторы в мембранах митохондрий (энергетические центры клетки) приходят в движение в ответ на поток протонов (положительный электрический ток). Вращение двигателя превращает молекулы АДФ и фосфата в клеточное топливо, АТФ.

Ссылки и примечания

1. Asbury, C.L., Fehr, A.N., Block, S.M., Kinesin Moves by an Asymmetric Hand-Over-Hand Mechanism, news.stanford.edu, accessed September 2010.
2. Peters, C., et al., Insight into the molecular mechanism of the multitasking kinesin-8 motor, nature.com, accessed September 2010. 
3. Ref 2. 
4. Motor Molecules Use Random Walks To Make Deliveries In Living Cells, sciencedaily. com, accessed July 2009.
5. Leif Bates, K., Molecular Motors-Nature uses tiny nano-machines that could work miracles if we learn how to build them, michigantoday.umich.edu, accessed January 2012. 
6. Thrust SSC holds the World Land Speed Record, set on 15 October 1997, when it achieved a speed of 1,228 km/h (763 mph) and became the first car to officially break the sound barrier. 
7. Block, S.M., Kinesin: What Gives?, Cell 93:5–8, 1998. 
8. Kaan, H.Y.K, et al., The Structure of the Kinesin-1 Motor-Tail Complex Reveals the Mechanism of Autoinhibition, Science 333(6044):883–885, 2011. 
9. Erickson R.P, et al., The National Center for Biotechnology Information, Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, California, USA, May 2011.
10. Gutierrez-Medina, B., et al., Kinesin: an ATPase that steps along microtubules, stanford.edu, accessed January 2012. 
11. Ref 5. 
12. Marshall, M., Timeline: The evolution of life, newscientist.com, accessed July 2009. 
13. Ref 1.