Link na článek v angličtině: creation.com/motor

Design v živých organismech (motory: ATP syntáza)

Jonathan Sarfati

Z naší každodenní zkušenosti můžeme obvykle poznat, zda je něco výsledkem projektu. Hlavním důkazem je vysoký informační obsah. Informačním obsahem jakéhokoli uspořádání je velikost nejkratšího algoritmu potřebného k vytvoření tohoto uspořádání v bitech. To znamená, že opakující se struktury, jako jsou krystaly, mají nízký informační obsah, protože stačí určit několik pozic a pak stačí pokyn „více téhož“. Rozdíl mezi krystalem a enzymem nebo DNA je jako rozdíl mezi knihou, kde se jen opakuje ABCD, a Shakespearovou hrou.

V praktické rovině specifikují informace  množství součástek, které jsou potřebné k fungování strojů. Odstranění jednoho dílu může často vyřadit z provozu celý stroj. Biochemik Michael Behe to ve své knize Darwinova černá skříňka (vpravo) nazývá neredukovatelnou složitostí.¹ Jako příklad uvádí velmi jednoduché zařízení: past na myši. Ta by nefungovala bez plošinky, přídržné tyče, pružiny, kladívka a západky, které jsou na správném místě. Podstatou Beheho knihy je, že mnoho struktur v živých organismech vykazuje neredukovatelnou složitost, která dalece přesahuje složitost pasti na myši nebo jakéhokoli člověkem vyrobeného stroje.

Motory: případová studie

Motory jsou neredukovatelně složité, protože ke své funkci potřebují mnoho vzájemně spolupracujících částí. Například elektromotor potřebuje zdroj energie, pevný stator, pohyblivý rotor a komutátor nebo kluzné kroužky.

Motor ATP syntázy, podle ref. 4. (z článku ATP Mechanisms Revealed (Odhalené mechanismy ATP(, arn.org/docs/mm/atpmechanism.htm)

Čím více dílů stroj potřebuje, tím obtížnější je jej zmenšit. Miniaturizace je tak důležitou součástí počítačového průmyslu, že na ní neustále pracují nejlepší lidské mozky. Ačkoli by však miniaturní motory byly velmi užitečné, např. pro odblokování ucpaných tepen a čištění krve, vzhledem k počtu součástek není snadné je zmenšit pod určitou velikost. Důmyslní vědci se o to ovšem nepřestávají pokoušet.²

Na druhé straně design, který sledujeme v živých organismech, dalece překonává naše nejodvážnější výkony. Bakterie se pohybují pomocí bičíků (lat. flagellum), vláken poháněných opravdovým rotačním motorem. Tento motor má velikost viru, je tedy mnohem menší než cokoli, co kdy vyrobil člověk. Přesto se může otáčet rychlostí více než 1000 otáček za sekundu.³

Ale ani tento neuvěřitelně malý motor není tím nejmenším v Božím stvoření. V článku publikovaném v březnu 1997 provedli Hiroyuki Noji a spol. přímé pozorování rotace enzymu F₁-ATPázy, podjednotky většího enzymu ATP syntázy.^4,5 Tento mechanismus fungování enzymu navrhl již Paul Boyer.⁶ Strukturní určení pomocí rentgenové difrakce týmem vedeným Johnem Walkerem tuto teorii podpořilo.⁷ Několik měsíců poté, co Noji a spol. publikovali svou práci, bylo oznámeno, že Boyer a Walker získali za svůj objev poloviční podíl na Nobelově ceně za chemii za rok 1997.⁸

Motor F₁-ATPázy má devět složek – pět různých proteinů se stechiometrií 3a:3b:1g:1d:1e. V hovězích mitochondriích obsahují 510, 482, 272, 146 a 50 aminokyselin, takže M_r = 371 000. F₁-ATPáza je zploštělá koule o průměru asi 10 nm a výšce 8 nm, tak malá, že 10¹⁷ by vyplnila objem špendlíkové hlavičky. Bylo prokázáno, že se otáčí „jako motor“ a produkuje ATP, chemickou látku, která je „energetickou měnou“ života.⁹ Tento motor vytváří na svou velikost obrovský točivý moment (sílu otáčení) – v experimentu otáčel vláknem jiného proteinu, aktinu, 100krát delším než je jeho vlastní délka. Jako každý dobře navržený motor rovněž pravděpodobně při vysokém zatížení přeřadí na nižší rychlostní stupeň.

ATP syntáza obsahuje také membránově zabudovaný F_O fungující jako protonový (vodíkový) kanál. Protony protékající skrz F_O poskytují hnací sílu motoru F₁-ATPázy. Otáčejí se podobným způsobem, jako když voda pohání vodní kolo, ale vědci se stále snaží zjistit, jak přesně. Tato rotace mění konformaci tří aktivních míst enzymu. Každý z nich pak může připojit ADP a anorganický fosfát za vzniku ATP. Na rozdíl od většiny enzymů, kde je ke spojení stavebních kamenů potřeba energie, ATP syntáza využívá energii k jejich spojení s enzymem a k vytěsnění nově vzniklých molekul ATP. Oddit ATP od enzymu vyžaduje mnoho energie.

Poznámka: názvy obou složek mají historický původ. F₁ pochází z termínu „Fraction 1“. Název F_O (zapisuje se velkým indexem O, nikoliv nulou) vyjadřuje, že se jedná o frakci, která váže oligomycin. Oligomycin je antibiotikum, které zabíjí bakterie tím, že blokuje protonový kanál podjednotky F_O.

ATP syntáza je ústředním enzymem při přeměně energie v mitochondriích (kde jsou zabudovány do krist, záhybů vnitřní membrány mitochondrie), chloroplastech a bakteriích. ATP syntáza je tak pravděpodobně nejrozšířenějším proteinem na Zemi. Protože k životu je zapotřebí energie a veškerý život využívá ATP jako energetickou měnu (každý z nás denně syntetizuje a spotřebuje polovinu své tělesné hmotnosti ATP!), nemohl se život vyvinout dříve, než se stal tento motor plně funkčním. Přirozený výběr je z definice diferenciální reprodukce, takže vyžaduje, aby na začátku entity reprodukovaly samy sebe. Takže i kdyby bylo možné si představit řadu postupných kroků vedoucích na tento vrchol „Mount Improbable“, neexistoval by žádný přírodní výběr, který by tento výstup umožnil.

Jeden z článků v časopise Nature nesl příznačný název „Real Engines of Creation“ (Skutečné motory stvoření). Bohužel navzdory přesvědčivým dokladům pro dokonalý design mnoho vědců (včetně redaktora časopisu Nature) stále slepě věří, že mutace a přírodní výběr jsou schopny takové stroje vytvořit.

Animace ATP syntázy.

Přesvědčí evolucionisty nějaký důkaz?

Slavný britský evolucionista (a komunista) J.B.S. Haldane v roce 1949 tvrdil, že evoluce nikdy nemohla vytvořit „různé mechanismy, jako je kolo a magnet, které by byly k ničemu, kdyby neměly blízko k dokonalosti.“¹⁰ Takové stroje v organismech by tedy podle něj dokazovaly, že evoluce je falešná. Tyto molekulární motory skutečně splňují jedno z Haldaneových kritérií. Želvy¹¹ a motýli monarchové,¹² kteří k navigaci používají magnetické senzory, splňují další Haldaneovo kritérium. Kdo ví, zda by Haldane změnil názor, kdyby se těchto objevů dožil. Mnoho evolucionistů a priorivylučuje inteligentní design, takže důkazy, ať už jsou jakkoli zdrcující, by je pravděpodobně nepřesvědčily.

Animace (mimo stanoviště)

• Vlastní animace CMI je vpravo
• ATP syntáza: výklad Donalda Nicholsona
• Sbírka virtuálních buněčných animací, Vzdělávací centrum molekulární a buněčné biologie