ดีเอ็นเอไดนาโม
มาร์ค ฮอ
Nature Volume 491, page191 (2012)อ้างอิงบทความนี้
1004 การเข้าถึง
9 Altmetric
รายละเอียดเมตริก
การดูกลไกของชีวิตถูกถอดรหัสในระดับโมเลกุลอย่างไรทำให้มาร์ค ฮอว์หลงใหล
วงล้อของชีวิต: เครื่องจักรระดับโมเลกุลดึงคำสั่งจากความโกลาหลอย่างไร
Peter M. Hoffmann
หนังสือพื้นฐาน: 2012. 288 หน้า $27.99, £18.99 9780465022533 | ISBN: 978-0-4650-2253-3
สำหรับชัยชนะทั้งหมด ฟิสิกส์ยังไม่ได้ตอบเว็บตรงฝากถอนไม่มีขั้นต่ำคำถามที่เป็นส่วนตัวที่สุดเกี่ยวกับจักรวาลของเรา: อะไรที่ทำให้เรา วงล้อ Life’s Ratchet ของ Peter Hoffmann สำรวจว่าภาคสนามกำลังเผชิญกับความท้าทายนี้อย่างไร
หน่วยย่อยของเอ็นไซม์ ATP synthase ซึ่งให้พลังงานเคมีแก่เซลล์ เครดิต: LAGUNA DESIGN/SPL
ทุกสิ่งถูกสร้างขึ้นจากอะตอม เหตุใดฉันจึงคิด เขียน แม้แต่พัฒนารูปแบบใหม่ๆ ของการดำรงอยู่ของตัวเองได้ ในขณะที่เก้าอี้ที่ฉันกำลังนั่งอยู่ทำไม่ได้ อย่างไรก็ตาม ในสิ่งมีชีวิต สสารสร้างกลไกระดับโมเลกุลด้วยความสามารถในการเก็บเกี่ยวพลังงาน
เพื่อจัดระเบียบ บำรุงรักษา และเผยแพร่ตัวเอง ที่เปิดโลกแห่งความซับซ้อนที่นำไปสู่เซลล์ พืช สัตว์ และมนุษย์ ตัวอย่างหนึ่งของความเชี่ยวชาญด้านพลังงานนี้คือ ‘วงล้อ’ ระดับโมเลกุลของชื่อฮอฟแมน
นี่เป็นกลไกทางเคมีกายภาพ
โดยที่โมเลกุลอย่างเช่น โปรตีนจะเปลี่ยนความผันผวนแบบสุ่มของพลังงานเคมีที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ให้กลายเป็นงานที่มีประโยชน์ ทำให้โมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ สร้าง แยกโครงสร้าง และโดยทั่วไปดำเนินกิจกรรมระดับนาโนเมตรที่ทำให้เรามีชีวิตอยู่ได้ สาเหตุที่โมเลกุลในสิ่งมีชีวิตสามารถทำเช่นนี้ได้ และสิ่งของในหลอดทดลองของห้องปฏิบัติการเคมีไม่สามารถเป็นหัวข้อของหนังสือได้ ซึ่งประสบความสำเร็จมากหรือน้อยในการแนะนำผู้ฟังยอดนิยมเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ล่าสุดเกี่ยวกับการทำงานของชีวิต
Life’s Ratchet เริ่มต้นเหมือนหนังสือของฉันเอง Middle World (Macmillan, 2007) โดยมีหลักฐานที่ค่อนข้างปฏิวัติ ชีวิตคือกระบวนการที่ไม่หยุดนิ่ง เป็นเรื่องของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ไม่ใช่คำถามเกี่ยวกับสูตรเคมีที่แช่แข็ง ลำดับดีเอ็นเอ หรือข้อมูลทางพันธุกรรมเชิงนามธรรม โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการจำลองดีเอ็นเอจะต้องเคลื่อนที่ไปตามโมเลกุลดีเอ็นเอเพื่อ ‘คลายซิป’ เกลียวสองเกลียวของมัน
เหตุใดวิทยาศาสตร์จึงพยายามดิ้นรนเพื่อแก้ปัญหาว่าชีวิตดำเนินไปอย่างไร ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากความชอบทางประวัติศาสตร์ในวิชาชีววิทยาในการศึกษาโครงสร้างคงที่ของชีวิต นับตั้งแต่การค้นพบเกลียวคู่ของฟรานซิส คริกและเจมส์ วัตสันเมื่อเกือบ 60 ปีที่แล้ว หลายอาชีพก็ได้อาศัยการวัดและตีความโดยผู้เชี่ยวชาญของลำดับและการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของกรดอะมิโนในโปรตีนชนิดนี้หรือโปรตีนนั้น ข้อมูลดังกล่าวมีความสำคัญ แน่นอน รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์บอกเราทุกอย่างเกี่ยวกับความซับซ้อนของงานประติมากรรมของชีวิต แต่พวกเขาให้ความกระจ่างเพียงเล็กน้อยว่าโมเลกุลเคลื่อนที่อย่างไรเพื่อบรรลุภารกิจที่จำเป็นสำหรับการดำรงชีวิต
ได้ใช้การพัฒนาเทคนิคต่างๆ เช่น การดึงด้วยแสงโมเลกุลเดี่ยวและการสั่นพ้องด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์แบบนิวเคลียร์ที่รวดเร็วและมีความละเอียดสูง เพื่อตรวจสอบส่วนที่เคลื่อนไหวของชีวิต การวัดดังกล่าว ดังที่ฮอฟฟ์แมนอธิบายไว้ เป็นส่วนหนึ่งของภารกิจที่น่าตื่นเต้นที่จะนำชีววิทยามาสู่เหนือกว่าทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ของสมดุลในศตวรรษที่ 19 และเข้าสู่โลกของโมเลกุลที่ก่อตัวขึ้นจากการมีปฏิสัมพันธ์แบบสุ่มและปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพ
การเก็บเกี่ยวและการแปลงพลังงานอย่างต่อเนื่องด้วยโมเลกุลไม่ว่าจะด้วยตัวมันเองหรือในการแสดงร่วมกัน เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการชีวิตทั้งหมด — เพื่อส่งสัญญาณและการขนส่งทางชีวโมเลกุล (เช่นสารอาหารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์) เพื่อสังเคราะห์ทางเคมีและทำลายทางเคมี อุณหพลศาสตร์สมดุลจะละเว้นความผันผวนของพลังงานได้อย่างปลอดภัย แต่การทดลองที่ทำขึ้นในช่วงสิบปีที่ผ่านมาหรือเกือบนั้นแสดงให้เห็นโดยตรงอย่างน่าตกใจว่าความผันผวนดังกล่าวจำเป็นสำหรับ กล่าวคือ โปรตีนจากมอเตอร์เพื่อขนส่งสินค้าเคมีภายในเซลล์เว็บตรงฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ
