Sciencemag.cz
Doporučujeme
Trimethylamin N-oxid pod lupou.
Víme, že chladomilné organismy brání své vodě ve zmrznutí pomocí různých rozpuštěných látek. Co ale provádět s vodou ohroženou vysokým tlakem, jaký panuje hluboko pod hladinou moře?
Ačkoliv voda není příliš stlačitelná, s rostoucím tlakem se mění – když ne tolik samotná hustota, tak struktura. Za normálního tlaku tvoří molekuly vody síť podobnou čtyřstěnu. V reakci na rostoucí tlak ale síť molekul vody mění tvar, deformuje se a narušují se vodíkové vazby (můstky) mezi molekulami (viz i dále). V této podobě pak začne být problém i se základními biochemickými reakcemi.
V Mariánském příkopu, 11 kilometrů pod mořskou hladinou, panuje tlak cca 1,1 kbar, oproti zemskému povrchu vyšší asi 1100krát (1 bar je cca 1 atmosféra). Vědci z University of Leeds nyní zjistili, že speciální molekula, která se nachází v buňkách mořských organismů, dokáže účinky vnějšího tlaku na molekuly vody vyvážit. Tedy podobný mechanismus, jaký využívají jiné organismy, aby nezamrzly.
Onou klíčovou molekulou je dle nové studie TMAO – trimethylamin N-oxid. Již dřívější studie ukázaly, že množství TMAO v oceánských organismech závisí na hloubce, kde obvykle žijí. Nový výzkum přesněji vysvětlil i mechanismus, jak TMAO funguje. Vědci na zařízení ISIS Neutron and Muon Source (nachází se v anglické STFC Rutherford Appleton Laboratory) vystřelili vzorky neutronů na na vzorky vody s TMAO a bez něj. Analýza byla provedena při vyšším tlaku 25 barů a při velmi vysokém tlaku 4 kbar. Jak se ukázalo, při vysokém tlaku se vodíkové vazby ve vzorku čisté vody narušily a staly se méně stabilními a celková síť molekul vody se zhutnila. Přítomnost TMAO však vodíkové vazby posílila a celou strukturu stabilizovala. Molekula TMAO má slovy průvodní tiskové zprávy fungovat jako „strukturní kotva“. Uvnitř buňky vyvolává osmotický tlak, který funguje proti tlaku zvnějšku (poznámka PH: nebo spíš uvnitř celého organismu? Voda podporující biochemické reakce je potřeba i v mezibuněčných prostorech. Koncentrace TMAO by tedy spíš měla být stejně vysoká v celém organismu?). Na základě studie pak vědci vyvinuli i funkci, která dokáže předpovědět koncentraci TMAO potřebnou pro přežití v určité hloubce.
The ability of trimethylamine N-oxide to resist pressure induced perturbations to water structure, Communications Chemistry (2022). DOI: 10.1038/s42004-022-00726-z , www.nature.com/articles/s42004-022-00726-z.
Zdroj: University of Leeds / Phys.org
Poznámky PH:
Z extremofilů mě vždy nejvíc udivovaly organismy termofilní. Dejme tomu, že nějak zvládnou, aby se v nich voda nevařila ani při 100 °C, vypořádají se s množstvím mutací, ale proteiny se prostě denaturují, ne?
Trimethylamin N-oxid je také látka zmiňovaná v souvislosti s lidskou medicínou – ovšem v tom smyslu, že je spojena s různými poruchami.
Pokud jde jen o to, aby proti vnějšímu tlaku působil ten osmotický, pak by ale mohla být ve vodě (uvnitř buněk nebo celých organismů) ve vysoké koncentraci rozpouštěna hned řada různých látek, ne?
a opravdu extremofilove snaseji 100 c vodu, nejsou to nizsi teploty?
az 113 se uvadi max, dokonce 150 C ze neco prezije v „hibernaci“. ale ze se z toho uz pri mnohem nizsi teplote nestane nefunkcni srazenej skraloup? peptid je peptid, rna je rna, to by se mi zdalo, ze se neosidi tim, ze se voda nebude varit kvuli tlaku nebo necemu rozpustenemu. ale jiste to v nejake ucebnici nebo pop science knize bude popsano/vysvetlovano.