Być może w naszych komórkach odkryto rzekomego „demona” fizyki

W 1867 roku, próbując sprawdzić swoje pomysły na temat rodzącej się nauki, jaką jest termodynamika, fizyk James Clerk Maxwell wyobraził sobie Mądry diabeł Sortuj cząsteczki pomiędzy dwoma pojemnikami na podstawie ich energii.

W 2023 roku mogła zostać odnaleziona mniej demoniczna wersja wyimaginowanego demona Maxwella.

Według nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii białka znajdujące się w błonach komórkowych nazywane są… Transportery kaset wiążących ATP (ABC). Mają cechy naśladujące demona Maxwella, umożliwiające im sortowanie substratów.

W rzeczywistości transportery ABC istnieją od miliardów lat i można je znaleźć w prawie wszystkich żywych organizmach. Co więcej, komponuje się z naturą Prawa termodynamiki.

Okazuje się, że Maxwell niechcący opisał fundamentalny aspekt życia.

„Pokazaliśmy, że ABC to prawdziwe demony Maxwella” On mówi Paulo de los Ríos, kierownik Laboratorium Biofizyki Statystycznej w EPFL.

„Pomiary, informacje zwrotne, resetowanie kroków demonów Maxwella, zapotrzebowanie na energię i opis w kategoriach termodynamiki informacji to wyłaniające się cechy modelu”.

Demon opisany przez Maxwella kontrolował drzwi pomiędzy dwoma pojemnikami z gazem, pozwalając cząsteczkom energetycznym przemieszczać się w jednym kierunku, a chłodniejszym cząsteczkom w innym, wbrew równowadze, która zrównoważyłaby ich rozkład.

Jako część systemu (i magicznego diabła, który sam nie jest zależny od energii), diabeł będzie wytwarzał energię z wytworzonej energii. Różnica temperatur Od żadnego.

naturalnie Prawa termodynamiki mówią, że energia nie może powstać z niczego, ponieważ pomiar i zapamiętanie prędkości cząstek wymagałoby wysiłku.

Jednak w przyrodzie często obserwuje się niespójności, takie jak różne temperatury w pudełkach Maxwella, podobnie jak różne stężenia cząsteczek wewnątrz i na zewnątrz komórki.

Naukowcy tak Wcześniej podejrzewany Coś na wzór demonów Maxwella może być zaangażowane w energochłonny proces transportu cząsteczek wbrew przepływowi normalnego gradientu stężeń. Jednak po raz pierwszy ramy informacyjne takiego systemu zostały opisane i zaprojektowane w sposób nawiązujący do słynnego eksperymentu myślowego Maxwella.

Naukowcy sugerują, że transportery ABC zlokalizowane na błonach komórkowych kontrolują przepływ cząsteczek w taki sam sposób jak diabły Maxwella, wykorzystując energię z ATP (Adenozynotrifosforan) cząsteczki do uruchomienia procesu.

Struktura biochemiczna transporterów następnie skaluje się, sprzężenia zwrotnego i resetuje, w zależności od położenia transportowanej cząsteczki, jak pokazano na powyższym schemacie.

To ważne odkrycie, ponieważ uczy nas więcej o tym, jak komórki są w stanie organizować swoje środowisko i funkcjonować zgodnie z potrzebami, zarządzając importem i eksportem cząsteczek niczym mały diabeł u drzwi komórki.

Chociaż badacze dokonali pewnych uproszczeń, aby swoje obliczenia działały, są pewni, że to, co pokazują w swoim artykule, można zastosować w bardziej złożonych systemach, systemach szeroko rozpowszechnionych w przyrodzie.

„To podejście służy jako przydatne ramy koncepcyjne do zrozumienia złożonych obwodów biochemicznych tych układów”. On pisze Naukowcy w opublikowanym artykule.

Badanie zostało opublikowane w Fizyka komunikacji.