Spørg Læserne: Er DNA-syntesen betinget af brownske motorer?

Lige gyldigt eller ligegyldigt?

Meget sjovt at læserne kan få lejlighed til at øse af deres uendelige viden en gang imellem, men denne ide med at et læserspørgmål skal besvares af læserne er forfærdelig tåbelig. Vi mister fuldstændig enhver fornemmelse for sandhedsværdi af svarene, for det er jo ikke til at vide, om man læser et ekspertsvar eller et svar fra en læser, der gerne vil give indtryk af af vide en masse uden at gøre det!

Alle svar er ikke lige gode! Vi vil gerne have svar fra eksperter - rigtige, videnskabeligt baserede svar, og ikke holdningsindlæg!

Hvis sommervarmen gør det svært for redaktionen på ing.dk at finde kvalificerede eksperter, så må I hellere tilbageholde spørgsmålene og vente, til I kan finde et ordentligt svar.

Brownske motorer

Jeg ville gerne lave et svar som lød rigtigt videnskabeligt, men som var sort snak. Men problemet er at jeg ikke ved hvad "brownske motorer" selvom jeg har et gæt.
Nej, det er uhensigtsmæssigt at blande data med proces. DNA er kun en lille del af en celle. Hvis DNA var en motor så var der meget mere af det.

Svaret er nej

Og det er nok ret indviklet. Ved mitose og meiose (kønsceller) sker noget lidt forskelligt. Men det starter med at DNA krølles ud og kopieres, også er der noget md centromerer og ...

Men DNA er et protein- og det folder sig, som andre molekyler på grund af kemisk/fysiske årsager. Brintbroer, svovlbindingerr osv.

Jeg har ikke detaljerne in mente, det er over 20 år siden, jeg havde den art biokemi, så det er glemt. :-)

Brownske bevælgelser sker også over molekyleplan, og umiddlbart er det her noget meget små og fint, der sker inde i celler.
Centromeret, der trækker en af hvert kromosompar fra hianden, kører nok på noget mere styret fysisk/kemisk.

Men jeg aner ikke, hvade n "brownsk motor" er- jeg sluttr ud fra "brownske bevægelser". Hvis det ikke er det, der mnes, må spørgsmålet uddybes.

Det er ikke særligt klart! Hvad menes med DNA-syntese?

Mvh
Tine- der ikke blev biokemiker. ;-)

Brownian motors

Er delvist enig i Claus Wøbbes indlæg, der er helt klart en større fare for rene nonsens-svar end ved ekspertsvar, men der er også mulighed for at der sidder nogen derude med reel viden. I øvrigt har der tidligere været mange mangelfulde ekspertsvar.

Fra Wikipedia:
Brownian motors are nano-scale or molecular devices by which thermally activated processes (chemical reactions) are controlled and used to generate directed motion in space and to do mechanical or electrical work.

der står også lidt om en hypotese om at ATP indgår i brownske motorer i celler.

Mvh
Stefan (medikoingeniør, hospitalsfysiker - uden specialviden om nanoteknologi og biokemi)

Brownian motors

Brownian motors are nano-scale or molecular devices by which thermally activated processes (chemical reactions) are controlled and used to generate directed motion in space and to do mechanical or electrical work.

Brownske motorer er nano-skala eller molekylære enheder, som termisk aktiveret processer (kemiske reaktioner) er kontrolleret og bruges til at generere rettet bevægelse i rummet og til at gøre mekanisk eller elektrisk arbejde.

Eksempel udbedes!

tid og rum

Kan man se tid som en uafhængig størrelse af rum, altså kan man have tid uden rum?
- Hvis man tænker på universet tilblivelse, kom der da tid førend rum?

Eller kom det samtidig?

Hvad med rum, kan man have rum uden tid?

Hvad hvis man sider helt ude på kanten af universet, altså på kanten af universet, har man da et fænomen tid?

Re: tid og rum

Kan man se tid som en uafhængig størrelse af rum, altså kan man have tid uden rum?
- Hvis man tænker på universet tilblivelse, kom der da tid førend rum?

Eller kom det samtidig?

Hvad med rum, kan man have rum uden tid?

Hvad hvis man sider helt ude på kanten af universet, altså på kanten af universet, har man da et fænomen tid?

Svært spørgsmål, men....

Udfra fagbøgerne fremgår det klart at der i DNA replikation/syntese indgår (lineære) motor proteiner.

Jeg mindes ikke at have berørt brownske motorer, men umiddelbart vil jeg også trække en parallel mellem dem og de brownske bevægelser. Jeg vil derfor tro at en brownsk motor beskriver et motor protein som bevæger sig i brownske bevægelser (i tilfældige og meget korte(nano skala) retninger).

Hvis det er tilfældet vil jeg mene at svaret sagtens kan være ja!

Men jeg er som sagt ikke stødt over begrebet brownske motorer i min lære om DNA.

Mvh
Nikolaj Kildeby, civilingeniør i nanobioteknologi fra 2009.
Molecular Cell Biology, Fifth Ed., chap. 3.4 af Lodish, Berk m.m. er brugt som kilde.

Re: Lige gyldigt eller ligegyldigt?

Jeg er helt enig med Claus Wøbbe (øverst), og de problemer, han påpeger, illustreres fint i de efterfølgende svar.

Ja

Alle molekylebaserede funktioner er underlagt brownske bevægelser - eksempelvis også DNA og RNA syntese enzymer.
Vi præsenterer ofte proteiner, ribosomer osv. som "nanomaskiner" der følger en nøje fastlagt og retningsbestemt arbejdsproces, eksempelvis en funktionel cyklus, men det er en simplificering. Det enkelte molekyle opfører sig stokastisk og opsøger på basis af probabilitetsfordelinger forskellige tilstande - eksempelvis mellem to tilstande i en reversibel reaktion. Disse kan påvirkes, så der overordnet set favoriseres en bestemt retning - eksempelvis ved binding og kløvning af ATP (som i praksis bliver en irreversibel komponent i systemet) eller binding af andre substanser såsom ioner separeret i forskellige koncentrationer over en membran. Et system kan også fastfryses, f.eks. ved binding af en hæmmer - en typisk mekanisme for lægemidler og giftstoffer.
Når man i stedet for enkeltmolekylet betragter gennemsnittet af mange molekyler (eller midler enkeltmolekylets opførsel over meget lang tid) opstår de termodynamiske sammenhænge, og man kan danne analogien med nanomaskiner, tilordne karakterstiske størrelser som reaktionshastigheder for kemiske reaktioner osv.
Brownske motorer er et meget spændende krydsfelt, som er stimuleret af single-molecule studier i de seneste 10-15 år.

Heldigvis...

Alle svar er ganske rigtigt ikke lige gode.
Derfor er det heldigt at Poul Nissen er faldet over spørgsmålet herinde og har besvaret det. For han er netop en af de eksperter (hvis man altså overhovedet må bruge det udtryk længere) man som journalist kunne have ringet op for at få et svar på spørgsmålet.

PS: Poul Nissen, jeg håber det er OK at jeg afslører her på siden at du er professor ved Center for strukturel biologi v. Aarhus Universitet

Re: Ja

Tak for svaret Poul.
Du fik sat bedre og mange flere ord på, men det var stort set også det jeg mente.
Om ikke andet, er det altid sjovt at bladre i bøgerne igen.

Og så synes jeg tilgengæld at det er meget sjovt at os læsere af ingeniøren også får muligheden for at bidrage lidt, tak for det.

Re: Ja

Nikolaj og jeg er helt enige

Astrid: Jeps - vi studerer netop molekylers struktur og funktion på vores afdeling, især ved proteinkrystallografi, men også ved bla. biokemiske og elektrofysiologiske metoder (www.bioxray.au.dk).

Re: Ja

Hvis jeg forstår spørgsmålet ret, så tænker spørgeren særligt på snoningen til den velkendte dobbelt helix. Den har ikke noget med brownske motorer eller ribosomer at gøre. Den opstår spontant pga. DNA's kemiske egenskaber, dvs. de hydrogen og van der Waals bindinger molekylet laver med sig selv og vandet omking.
Dette sker også in vitro uden ribosomer.
Derudover er jeg naturligvis enig i Poul Nissens betragtninger omkring replikation.

Re: Ja

OK - jeg tilgik spørgsmålet generelt. DNA og RNA er stadig det samme princip. Tænk på hvad der sker, når du tilfører varme til DNA - så "smelter" dobbelthelix strukturen. DNA og RNA dobbelthelix er en fastfrosset struktur, stabiliseret af en række favorable vekselvirkninger - brintbindinger, solventinteraktion, pi-elektron stacking etc. Hvis man blander to enkeltstrengede, komplementære DNA molekyler, så er der en lang og kaotisk vej til dobbelthelix, som følger brownian motions (ikke motors her) - det vil sige med temperatur-afhængig dynamik i processen. Ved en passende lav temperatur fastlåses dynamikken i et energiminimum i en dobbelthelix. Man kan derfor sammenligne DNA dobbelthelix-samling med en brownian motor, der styrer mod en bestemt struktur ved at udnytte varme-energien til dynamisk udforskning af interaktioner, og som høster energi fra gunstige interaktioner til at fastlåse dobbelthelixstrukturen. Ved replikation, transkription og translation vekselvirker proteiner med RNA/DNA strukturer, koblet til energifavorable kemiske processer, hvilket driver værket fremad - men i hver enkelt delreaktion er brownske bevægelser i spil og bringer systemet til næste trin.

Re: Brownian motors

Se Ing's historie

Brownske motorer og livets oprindelse - er der en sammenhæng?
http://ing.dk/artikel/110181-b...aeng

men hellere i papirudgaven, hvor der er fine illustrationer

Mit bedste svar.

DNA-replikationen er en meget kompleks og indviklet kemisk proces mellem mange store og små molekyler, men der er ikke nogen observationer der giver anledning til at tror, at DNA-replikationen kemisk eller fysisk er anderledes end andre simplere kemiske processer.

DNA-replikationen drives af spaltning af fosfat-binding i de små byggesten til DNA og ligevægten er forskudt mod syntesen af DNA.

Hvis DNA-replikationen skulle være drevet af brownske motorer ville det medfører, at det i princippet ikke er nødvendigt, at tilfører energi til denne kemiske reaktion og at denne kemiske proces således ville kunne forløbe uden spaltning af fosfat-bindinger. Yderligere hvis DNA-replikationen var drevet af brownske motorer kunne livet have fundet en evig energikilde der aldrig ville slippe op og dette er som bekendt ikke tilfældet, idet alt kendt liv kræver energi tilført udefra.

Re: Mit bedste svar.

Vi er meget enige - men der skal skelnes mellem termodynamik og enkeltmolekyle fænomener. Som jeg har pointeret tidligere vil der uden kemiske delreaktioner, som favoriserer en bestemt reaktionsretning, ikke opstå orden i eks. en DNA replikationsproces. Pointen er at et makromolekylært system, såsom et replikationskompleks bestående af en DNA polymerase og DNA template, ikke arbejder rationelt som en mekanisk enhed. Søgningen mod et næste trin sker ved bl.a. brownian motions og fri diffusion af reaktanter indtil en katalytisk konstellation stabiliseres, hvor en favorabel delreaktion, såsom kløvning af dATP/dGTP/dTTP/dCTP stabilt indfanget ved baseparringskomplementaritet til template DNA, kan sikre et næste skridt i DNA polymerisering. En "brownian motor" bringer således systemet i position, drevet af favorable vekselvirkninger som optimeres i den katalytisk aktive konstellation - og en (i praksis) irreversibel kemisk reaktion (dNTP kløvning) besegler dette trin, så processen opnår orden og "retning". Efterfølgende vil eks. dannelse af DNA dobbelthelix neden for replikationskomplekset fremme at systemet rykker sig langs DNA template, hvor næste polymeriseringstrin kan indledes, ligesom også frigjort diphosphat hurtigt forbruges og fjernes af andre processer i cellen.
Med andre ord er der intet odiøst i brownian motors og deres rolle i cellebiologiske processer, men der er bestemt også eksempler på misforståelser af hvad der kan gøres og ikke gøres med varmedrevet dynamik i mekanik.

"brownian motor"?

Her mangler en definition på en "brownian motor" eller "browniske motorer" .

Hvorfor lægge svaret ud

Til de gale/glade amatører?
Når der alligel kommer en ekspert...

Og jeg forstår simpelhen ikke det, han skriver. Kan vi få en videnskabsjournalist tilstede? Oversættelse?

Mvh
Tine
(Beklager- jeg glemte, at jeg har lovet mig selv IKKE at tænke over biokemi -og diffentialmatematik- ikke i dette liv.)

Re: Hvorfor lægge svaret ud

Til de gale/glade amatører?
Når der alligel kommer en ekspert...

Og jeg forstår simpelhen ikke det, han skriver. Kan vi få en videnskabsjournalist tilstede? Oversættelse?

Re: Hvorfor lægge svaret ud

@Tine, nu er det meget svært at svare på sådan et spørgsmål hvis man ikke har lidt viden om det. Poul er så vidt jeg kan læse ikke blevet bedt om at svare på indlægget, men gør det helt frivilligt og for at forklare det for os andre.
Du får nok meget svært ved at forstå det hvis du ikke vil tænke over biokemi.

@Peter Ole, jeg har på fornemmelsen at du bare vil stille spørgsmåltegn til alt, uanset hvad. Har du læst svarene? Og nej brownian motions er ikke et fancy ord for varme....

Du efterlyser bla. en definition af brownske motorer og den har du selv fundet tidligere.
Du nævner motion og motor, motion betyder jo bevægelse så Brownian motion ER brownske bevægelser. Og det er en "simpel" matematisk model af partiklers bevægelse, vist nok i væske. Ellers er jeg er sikker på at du kan finde mere brownian motions på wiki.

I samme åndedrag kan du slå brownian motors op (som du har gjort før) og på samme side se det eksempel du har efterlyst. Der står også at nogle proteiner baseret motorer bliver betegnet brownian motors. Og som Poul beskriver bliver der i netop DNA syntese brugt sådanne proteiner.

Men uden en minimal baggrund indenfor feltet kan jeg godt forstå at det er lidt langhåret.