Apa yang disebut “hantu” fisika mungkin bersembunyi di dalam sel kita

Pada tahun 1867, dalam upayanya menguji gagasannya tentang asal usul ilmu termodinamika, fisikawan James Clerk Maxwell membayangkan Iblis yang pintar Susunlah molekul-molekul di antara kedua wadah tersebut menurut energinya.

Pada tahun 2023, versi monster imajiner Maxwell yang tidak terlalu jahat mungkin telah ditemukan.

Menurut studi baru yang dilakukan oleh para peneliti di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) di Swiss, protein ditemukan di membran sel… Transporter kaset pengikat ATP (ABC). Mereka memiliki fitur yang meniru hantu Maxwell, memungkinkan mereka memilah-milah substrat.

Faktanya, transporter ABC telah ada selama miliaran tahun dan ditemukan di hampir semua organisme. Selain itu, selaras dengan alam Hukum termodinamika.

Ternyata Maxwell secara tidak sengaja sedang menggambarkan aspek fundamental kehidupan.

“Kami telah menunjukkan bahwa ABC adalah hantu Maxwell yang sebenarnya,” dia berkata Paulo de los Ríos adalah kepala Laboratorium Biologi Statistik di EPFL.

“Aspek yang muncul dari model ini mencakup pengukuran, konsep, reformulasi langkah jahat Maxwell, kebutuhan energi, dan interpretasi dalam informasi termodinamika.”

Monster yang dijelaskan oleh Maxwell mengendalikan sebuah pintu di antara dua kamar gas, yang memungkinkan molekul-molekul energik pergi ke satu arah dan molekul-molekul dingin pergi ke arah lain, melawan keseimbangan yang menyeimbangkan distribusi.

Sebagai bagian dari sistem (dan iblis kecil ajaib, tidak bergantung pada energi), iblis akan menghasilkan energi dari energi yang dihasilkan. perbedaan suhu Dari ketiadaan.

Tentu saja Karena usaha diperlukan untuk mengukur dan mengingat kecepatan suatu partikel, hukum termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat muncul dari ketiadaan.

Namun anomali sering ditemukan di alam, seperti perbedaan suhu kotak Maxwell, dan perbedaan konsentrasi molekul di dalam dan di luar sel.

Para ilmuwan punya dicurigai sebelumnya Sesuatu seperti monster Maxwell mungkin terlibat dalam proses pengangkutan molekul yang intensif energi melawan aliran gradien konsentrasi normal. Namun ini adalah pertama kalinya arsitektur informasi untuk sistem seperti itu dideskripsikan dan dirancang, sejak eksperimen pemikiran Maxwell yang terkenal.

Apa yang disarankan para peneliti adalah bahwa transporter ABC, yang terletak di membran sel, mengontrol aliran molekul seperti setan Maxwell, yaitu memanfaatkan energi dari ATP (Adenosin trifosfat) molekul untuk mengaktifkan proses.

Struktur biokimia transporter diukur, dikonsep dan disusun ulang tergantung pada posisi molekul yang diangkut seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas.

Ini merupakan penemuan penting karena mengajarkan kita lebih banyak tentang bagaimana sel mengatur lingkungannya dan beradaptasi dengan kebutuhannya, dengan mengelola impor dan ekspor molekul, seperti setan kecil di depan pintu sel.

Meskipun para peneliti melakukan beberapa penyederhanaan agar perhitungan mereka berhasil, mereka percaya bahwa apa yang mereka tunjukkan dalam makalah mereka dapat diterapkan pada sistem yang lebih kompleks, yang tersebar luas di alam.

“Pendekatan ini berfungsi sebagai kerangka konseptual yang berguna untuk memahami sirkuit biokimia kompleks dari sistem ini.” Dia menulis Para peneliti dalam makalah mereka yang diterbitkan.

Studi ini dipublikasikan Hubungi Fisika.