Hvorfor er det liv i nord?
POPULÆRVITENSKAP: Livet er kjemiske reaksjoner. Kjemiske reaksjoner går saktere når det er kaldt. Allikevel ser vi at livet pulserer også i nord og i havet der det er kaldt hele året. Med kvantekjemi, VR-teknologi og genmodifisering ønsker forskere ved UiT Norges arktiske universitet å forstå hvordan livet har tilpasset seg til ekstreme miljøer.
Alle kjemiske reaksjoner avhenger av temperaturen til omgivelsene. Reaksjoner går fortere når temperaturen øker, og når temperaturen når det absolutte nullpunkt ved -273,15°C så vil alle reaksjoner stoppe fordi det ikke lengre er noen bevegelse blant atomene.
Livet rundt oss er også kjemiske reaksjoner, men når vi ser rundt oss så ser vi at de går av seg selv også når det er kaldt ute. Hvordan har livet i havet og i nord blitt tilpasset til de lave temperaturene?
Kunnskap som påvirker hverdagen din
Kunnskapen om hvordan enzymer kan tilpasses lavere temperaturer gir oss mer miljøvennlige vaskemidler, industriprosesser og nye muligheter i bioteknologisektoren.
Allerede har det skjedd mye på vaskemiddelfronten i å få vaskemidlene til å fungere bedre med lavere temperatur, men det er fortsatt et stykke å gå fra å vaske på 30°C til å bruke kaldt vann. Der ligger det på verdensbasis et stort potensiale for energisparing.
På den andre siden av spekteret har Tromsø-selskapet Arcticzymes gjort suksess med å selge kulde-tilpassede enzymer til bioteknologisektoren. De markedsfører produktene med at de kulde-tilpassede enzymene er mer skånsomme (de fungerer ved lavere temperaturer) og at de kan deaktiveres med kun forsiktig oppvarming. ‘
Går på innsiden av enzymene
For å kunne si noe om det så trenger vi å forstå enzymene. Enzymer er livets maskiner, de katalyserer reaksjoner slik at de går fortere, på samme måte som katalysatoren på bilen får forbrenningsreaksjonene som startet i motoren til å komme i mål.
Enzymer er store og kompliserte molekyler med en tre-dimensjonal form med kløfter, huler og utstikkere. Når vi kjenner den tredimensjonale formen til enzymene kan vi begynne å forstå hvordan de fungerer, på atomnivå. Fra begynnelsen av femti-tallet da den første strukturen av et enzym ble kjent har det vært en utfordring å visualisere den komplekse tredimensjonale strukturen til enzymer, men nå skal VR-teknologi gjøre det enklere å navigere de intrikate strukturene.
Ofrer varmetoleranse for å fungere bedre i kulden
Å forstå enzymer basert på et oversiktsbilde blir litt som å navigere en grotte ut fra et foto av åpningen. Med VR-teknologi kan vi gå på innsiden av enzymet og se hvilke deler av enzymet som må være med på å føre den kjemiske reaksjonen videre, og enda viktigere vi kan ved hjelp av kvantekjemi og molekylær dynamikk regne ut hvilke deler av prosessen som vil være mest energikrevende og mest utfordrende. Samtidig er det viktig å huske at dette er modeller, og det vil være viktig å parallelt gjøre eksperimenter på laboratoriet for å bekrefte funnene.
De funnene vi har gjort til nå peker på at enzymer som er tilpasset til kalde temperaturer har en mykere overflate som gjør at de kan bevege seg friere. Det har selvsagt en kostnad. Enzymene tåler også mindre varme enn varme-tilpassede enzymer. Men alt i alt viser kompromisset seg å lønne seg, for naturen og for oss.
