Так называемый «демон» физики, возможно, был обнаружен в наших клетках

В 1867 году, пытаясь проверить свои идеи о возникновении науки термодинамики, физик Джеймс Клерк Максвелл представил Умный дьявол Упорядочите молекулы между двумя контейнерами в зависимости от их энергии.

В 2023 году, возможно, будет обнаружена менее злая версия воображаемого демона Максвелла.

Согласно новому исследованию, проведенному исследователями Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии, белки, обнаруженные в клеточных мембранах, называются… АТФ-связывающий кассетный транспортер (ABC). У них есть функции, имитирующие демонов Максвелла, позволяющие им сортировать субстраты.

Фактически, транспортеры ABC существуют уже миллиарды лет, и их можно найти почти во всех живых организмах. Более того, в гармонии с природой Законы термодинамики.

Оказалось, что Максвелл непреднамеренно описал фундаментальный аспект жизни.

«Мы показали, что ABC — настоящий демон Максвелла», Он сказал Пауло де лос Риос, руководитель лаборатории статистической биофизики EPFL.

«Измерение, обратная связь, перестановка порочных шагов Максвелла, потребности в энергии и описание в информационной термодинамике — новые особенности этой модели».

Демон, описанный Максвеллом, управляет дверью между двумя газовыми камерами, позволяя энергичным молекулам двигаться в одну сторону, а более холодным — в другую, нарушая равновесие, которое уравновешивало бы распределение.

Как часть системы (и маленького волшебного демона, который сам по себе независим от энергии), демон будет создавать энергию из генерируемой энергии. разница температур Вообще из ничего.

Конечно Законы термодинамики гласят, что энергия не может возникнуть из ничего, потому что для измерения и запоминания скорости частицы требуется работа.

Однако в природе часто наблюдаются несоответствия, такие как разница температур в ящике Максвелла, а также различия в концентрации молекул внутри и снаружи клетки.

У ученых есть Ранее подозревалось В энергоемком процессе транспортировки молекул против нормального градиента концентрации может участвовать что-то вроде демона Максвелла. Но это первый случай, когда информационная структура такой системы была описана и спроектирована таким образом, что это отсылает к знаменитому мысленному эксперименту Максвелла.

Исследователи предполагают, что транспортер ABC, расположенный на клеточной мембране, контролирует поток молекул так же, как дьявол Максвелла, а именно, используя энергию АТФ (Аденозинтрифосфат) молекула для осуществления процесса.

Затем биохимическая структура переносчика масштабируется, получает обратную связь и перестраивается в зависимости от положения транспортируемой молекулы, как показано на диаграмме выше.

Это важное открытие, поскольку оно учит нас больше тому, как клетки способны регулировать окружающую среду и функционировать в соответствии со своими потребностями, управляя импортом и экспортом молекул, как маленький черт у двери клетки.

Хотя исследователи и сделали некоторые упрощения, чтобы их расчеты были успешными, они уверены, что то, что они продемонстрировали в своей статье, можно применить к более сложным системам, системам, которые широко распространены в природе.

«Этот подход служит полезной концептуальной основой для понимания сложных биохимических схем этих систем». он написал Исследователи в своей опубликованной статье.

Это исследование было опубликовано в Физика связи.