Ohromující design v živých organismech

Motory: ATP syntáza

Jonathan Sarfati

Z Creation.com přeložil Jakob Haver – 09/2019. Translation granted by Creation.com – Přeloženo s povolením od Creation.com.

Bakteriální bičík s rotačním motorem. Z odkazu 1: The Bacterial Flagellum, arn.org/docs/mm/flagellum_all.htm)

Podle našich každodenních zkušeností obvykle dokážeme říci, zda bylo něco záměrně navrženo. Hlavním důkazem je vysoký obsah informací. Ten je dán v jakémkoli uspořádání jeho velikostí (v bitech) nejkratšího algoritmu potřebného k vytvoření tohoto uspořádání. To znamená, že opakující se struktury, jako například krystaly, mají nízký obsah informací, protože stačí jen stanovit několik pozic a potom jsou instrukce „pořád stejná píseň“. Rozdíl mezi krystalem a enzymem nebo DNA je jako mezi knihou, neobsahující nic než opakující se písmena ABCD a knihou od Shakespeara.

Informace prakticky přesně specifikuje mnoho součástí potřebných k tomu, aby stroj mohl fungovat. Často může odstranění jediné součásti vyřadit celý stroj. Biochemik Michael Behe to ve své knize Darwinova černá skříňka nazývá neredukovatelnou komplexností.¹ Jako příklad uvádí velice jednoduchý stroj: past na myši. Ta by nemohla fungovat, pokud by nebyly na svém místě současně všechny díly, tedy základna, příchytka, pružina, kladívko a pojistka. Jádro Beheho knihy spočívá v tom, že mnohé struktury v živých organismech, které svou složitostí dalece převyšují pastičku na myši nebo jakýkoliv člověkem vyrobený stroj, vykazují neredukovatelnou komplexnost.

Motory: bližší pohled

Motory potřebují ke svému fungování mnoho současně spolupracujících dílů, a proto jsou neredukovatelnými celky. Například elektrický motor potřebuje současně zdroj, pevný stator, pohyblivý rotor a komutátor (rotační přepínač) nebo sběrné kroužky.

Motor ATP syntázy. K odkazu 4: (ATP Mechanisms Revealed)

Čím více dílů stroj potřebuje, tím těžší je udělat ho menším. Miniaturizace je velmi důležitou součástí průmyslu výpočetní techniky a neustále na ní pracují ty nejlepší lidské mozky. A i když miniaturizované motory by byly velmi užitečné, např. k odblokování ucpaných tepen a čištění krve, je obtížné zredukovat počet jejich částí pod určitou mez. Geniální vědci je však i nadále zmenšují.²

Nicméně design v živých organismech daleko přesahuje i to naše největší úsilí. Bakterie samy sebe pohánějí pomocí bičíků (lat. flagella, jednotný tvar flagellum), což jsou vlákna, poháněná skutečným rotačním motorem. Tento motor je velký sotva jako virus, tedy mnohem menší než kterýkoli motor vyrobený člověkem. Přesto se může otáčet rychlostí až 7 000 ot/min.³

Ale ani tento maličký motor není v Božím stvoření tím nejmenším. Tým pod vedením Hiroyuki Noji publikovali v březnu 1997 dokument, v němž pozorovali rotaci enzymu F₁-ATPáza, který je podjednotkou většího enzymu ATP syntázy.^4,5 To bylo Paulem Boyerem navrhnuto jako mechanismus činnosti enzymu.⁶ Tuto teorii podpořilo určení struktury rentgenovou difrakcí týmem pod vedením Johna Walkera.⁷ Několik měsíců poté, co Noji a tým zveřejnili svou práci bylo oznámeno, že v roce 1997 získali Boyer a Walker společně za svůj objev Nobelovu cenu v chemii.⁸

Motor F₁-ATPáza má 9 složek – pět různých proteinů se stechiometrií 3a: 3b: 1g: 1d: 1e. V hovězí mitochondrii zahrnují 510, 482, 272, 146 a 50 příslušných aminokyselin, takže Mr = 371 000. F1-ATPáza je zploštělá koule o výšce asi 10nm, tedy tak malá, že by se do objemu špendlíkové hlavičky vešla 10¹⁷. Ukázalo se, že se otáčí „jako motor“ a vytváří ATP, chemikálii představující „energetické oběživo“ života.⁹ Tento motor vytváří vzhledem ke své velikosti obrovský točivý moment (kroutivou sílu) – při pokusech otáčel vláknem jiného proteinu, aktinu, který je stokrát delší. A také, jako každý dobře navržený motor, při převážení těžkého nákladu přeřadí na nižší rychlost.

(stechiometrie je výpočet relativních množství reaktantů a produktů v chemických reakcích, pozn. překl.)

Animace ATP syntázy

ATP syntáza má také v membráně zabudovanou svou podjednotku F_O, která funguje jako protonový kanál (iontů vodíku). Protony, procházející přes F_O poskytují hnací sílu motoru F₁-ATPáza. Otáčejí strukturou podobnou vodnímu kolu, jako když voda točí vodním kolem, a vědci se dosud snaží zjistit, jak přesně k tomu dochází. Tato rotace mění strukturu tří aktivních míst na enzymu. Poté každý z nich může spojit adenosindifosfát (ADP) a anorganický fosfát, aby se vytvořil ATP. Na rozdíl od většiny enzymů, které potřebují energii ke spojování stavebních bloků, ATP syntáza používá energii k jejich spojení s enzymem a k uvolnění nově vytvořených ATP. K takovému uvolnění ATP od enzymu je potřeba mnoho energie.

Poznámka: Názvy těchto dvou komponentů jsou historické. Jednotka F₁ vychází z termínu „frakce 1“. Název F_O (psáno s velkým O, nikoli nulou) vznikl tak, že jde o frakci vázající oligomycin. Oligomycin je antibiotikum, které ničí bakterie zablokováním proteinového kanálu podjednotky F_O.

ATP syntáza je centrálním enzymem k přeměně energie v mitochondriích (tam jsou vložené v kristách složené ve vnitřní membráně mitochondrie), chloroplastů a bakterií. Toto je nejspíš důvod, proč je ATP syntáza tím nejrozšířenějším proteinem na Zemi. Jelikož pro život je energie nutná a vše živé používá ATP jako své energetické oběživo (každý z nás vyrobí a spotřebuje přes ATP polovinu své tělesné hmotnosti za den!), nemohl se život vyvinout dříve, než byl k dispozici plně funkční motor. Přirozený výběr je už ze své podstaty jiným typem reprodukce, protože už na svém počátku potřebuje sebereprodukující prvky. Takže i kdyby bylo možné představit si sérii postupných kroků na cestě k této „Hoře nepravděpodobnosti“, nebyl by tu žádný přirozený výběr, který by toto stoupání umožnil.

Jeden z článků v časopisu Nature začínal přiléhavým nadpisem: „Skutečné stroje Stvoření“. Je smutné, že navzdory všem důkazům o vynikajícím designu dosud mnozí vědci slepě věří, že takovéto stroje mohly vybudovat mutace a přirozený výběr.

Dokáže nějaký důkaz evolucionisty přesvědčit?

Známý britský evolucionista (a komunista) J.B.S. Haldane v roce 1949 prohlásil, že evoluce nemohla nikdy vytvořit „různé mechanismy jako je kolo a magnet, které by byly zbytečné, dokud by nebyly zcela dokonalé.“¹⁰ Proto by podle jeho názoru takové stroje v organismech prokazovaly nepravdivost celé evoluce. Tyto molekulární motory rozhodně splnily jedno z Haldaneových kritérií. Další Haldaneovo kritérium splňují i želvy¹¹ a motýli Monarchové¹², kteří používají pro navigaci magnetické senzory. Zajímalo by mě, zda by Haldane změnil svůj postoj, kdyby viděl tyto objevy za svého života. Ale mnozí evolucionisté vylučují inteligentní design již předem, takže důkazy, jakkoli ohromující, by nejspíš neměly žádný účinek.

Odkazy

1. Behe, M.J., 1996. Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution, The Free Press, New York. Reviewed by Ury, T.H., 1997. Journal of Creation 11(3):283–291.
2. Hogan, H., 1996. Invasion of the micromachines. New Scientist 150(2036):28–33.
3. For a good description, see Behe, Ref. 1.
4. Hiroyuki Noji et al., 1997. Direct observation of the rotation of F₁-ATPase. Nature 386(6622):299–302. Comment by Block, S. Real engines of creation. Same issue, pp. 217–219.
5. Wu, C., 1997. Molecular motor spins out energy for cells. Science News 151(12):173.
6. Boyer, P., 1993. Biochim. Biophys. Acta 1140:215–250.
7. Abrahams, J.P. et al., 1994. Structure at 2.8 Å resolution of F₁-ATPase from bovine heart mitochondria. Nature 370(6491):621–628. Comment by Cross, R.L. Our primary source of ATP. Same issue, pp. 594–595.
8. Service, R.F., 1997. Awards for High-Energy Molecules and Cool Atoms. Science 278(5338):578–579. The third winner is Jens Skou of the University of Aarhus in Denmark. Forty years ago, he was the first to identify an enzyme that moves substances through cell membranes (in this case, sodium and potassium ions). This is a key function of all cells.
9. ATP stands for adenosine triphosphate. It is a high energy compound, and releases this energy by losing a phosphate group to give ADP, adenosine diphosphate.
10. Dewar, D., Davies, L.M. and Haldane, J.B.S., 1949. Is Evolution a Myth? A Debate between D. Dewar and L.M. Davies vs. J.B.S. Haldane, Watts & Co. Ltd / Paternoster Press, London, p. 90.
11. Sarfati, J.D., 1997. Turtles can read magnetic maps.
12. Poirier, J.H., 1997. The Magnificent Migrating Monarch. Creation 20(1):28–31. But monarchs only use the earth’s magnetic field to give them the general direction, while they rely on the sun’s position for most of their navigation.