Costo metabólico de cambiar la quiralidad de aminoácidos y azúcares

Los extraterrestres de mi historia tienen una bioquímica que utiliza aminoácidos y azúcares con una quiralidad opuesta a la de la vida terrestre.

Los extraterrestres también tienen nanitos que son capaces de cambiar la quiralidad de los aminoácidos y azúcares que se encuentran en la Tierra a la de su propia bioquímica y viceversa, para que los extraterrestres puedan digerir la comida terrestre y no envenenar las formas de vida terrestres que podrían encontrar a los extraterrestres. ' desechos corporales.

Entonces surge la pregunta: ¿cuál es el costo mínimo de energía neta para realizar esta conversión de aminoácidos y azúcares en moléculas de quiralidad opuesta?

Editar:

Los nanites trabajarán en las cosas que comen los extraterrestres antes de que sean digeridos, convirtiendo la comida con nuestra quiralidad en su quiralidad. Todo lo que permanece sin digerir tiene su quiralidad cambiada antes de ser defecado, de modo que las heces alienígenas de quiralidad opuesta no envenenen a las formas de vida terrestres locales. Los nanites no intentan cambiar la quiralidad de nada que sea parte de algo vivo.

@VogonPoet ¿Qué genoma? No estoy hablando de ácidos nucleicos aquí, solo de aminoácidos y azúcares en las cosas que come el extraterrestre antes de que sean digeridos, y de vuelta antes de que sean defecados.
Ok lo tengo. La respuesta es más de lo que Pun Intended extrae aunque. Es romper lazos, luego ensamblar lazos; eso es un cero neto de una ecuación de equilibrio químico, pero no desde la perspectiva del cheque de pago del nanobot... Permítanme agregar: invertir la quiralidad en cada proteína literalmente invierte la mayoría de los enlaces moleculares. Es un cálculo hecho por proteína.
@VogonPoet Si tiene una respuesta que no es un cero neto, me gustaría verla.
Considere que las heces no son solo comida, somos nosotros. Contiene células muertas enteras. Estas células contienen ADN y ARN. Eso significa que en realidad ESTÁS cambiando la quiralidad de algo que es parte de algo vivo si estás procesando heces u orina para que no sean venenosas. Pero yo divago. Si escribiera una respuesta, lo haría exactamente para una proteína, y una sola, porque cada una será diferente. Entonces...
Si elijo revertir un azúcar de ARN, por ejemplo, sería la suma de la energía libre de Gibbs de cada uno de los ácidos nucleicos diestros y sus componentes. Miles de millones de ellos, ¿verdad? Voy a asumir con mucha confianza que si quisieras desintoxicar a un alienígena diestro, el órgano responsable se encenderá como un reactor termonuclear.

Respuestas (2)

Sin costo de energía (o trivial)

Delta H de reacción

En química, deltaHf es la entalpía estándar de formación; en otras palabras, la cantidad de energía contenida en los enlaces de una molécula.

La imagen de arriba muestra el delta H de una reacción, que se calcula por la diferencia en la energía potencial de enlace de productos y reactivos. Dado que sus pares de aminoácidos quirales contienen exactamente los mismos enlaces (reflejados, pero en las mismas cantidades), no hay diferencia en el deltaHf de productos y reactivos. Independientemente de la energía de activación requerida para esta reacción, esa energía es un umbral, en lugar de una cantidad consumida.

Aparte, las enzimas trabajan para reducir la energía de activación de una reacción (ver a continuación en rojo discontinuo). Si sus extraterrestres son capaces de diseñar nanobots para modificar sus quiralidades macromoleculares a voluntad, puede apostar que habrán descubierto cómo reducir esa energía de activación a casi cero, haciendo que esta reacción tenga lugar a la velocidad que deseen.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Dado que las moléculas iniciales y finales tendrían que ser casi perfectamente idénticas (solo imágenes especulares), siempre sería necesario invertir ALGO de energía, pero con las enzimas adecuadas, el costo podría, de hecho, ser bastante bajo. Todavía +1

No cero, aparte de que dependerá mucho de la eficiencia térmica/capacidad de almacenamiento de energía de tus nanites, tienes que romper y restablecer un porcentaje notable de los enlaces químicos en cada compuesto que quieras tratar, habrá tramos de cadena de carbono que se puede reutilizar tal como está, pero los aminoácidos tendrán que ser desdoblados, luego todas las partes interesantes tienen que ser descompuestas y reconstruidas y luego se permite que el aminoácido se retuerza con su nuevo giro quiral invertido. Desenroscar las cadenas de proteínas para iniciar el proceso y mantenerlas así durante el proceso esva a tomar energía que no va a recuperar. La ruptura y reformación de los enlaces en las áreas activas de los aminoácidos podría potencialmente ser casi cero neto en términos de uso de energía, la energía liberada de romper o formar el enlace se almacena y utiliza para la reacción inversa. Las proteínas se replegarán , eso se ha demostrado repetidamente en experimentos de laboratorio realizados a muchas escalas diferentes, eso es un proceso cinético y va a liberar un poco de calor residual al material en cuestión; eso le dará algo de energía para el desarrollo, pero todavía hay un costo neto para mantener las proteínas desenrolladas mientras trabaja en ellas.

Consecuencia "divertida", si sus nanitos se interponen en el camino del replegado o no logran desenroscar una sección de proteína correctamente para el tratamiento, entonces obtendrá cepas de proteína que no se plegarán del todo bien .

¿El OP especificó nanitos 100% eficientes? Un cálculo de energía neta realmente no vale nada. ¿Esta respuesta supone que los nanitos funcionan con energía de formación/disociación para cada enlace que funciona de alguna manera? Porque si ese es el caso, ¿cómo evitan los nanitos que se congelen por las reacciones endotérmicas? Este es un negocio realmente complicado que también puede decir "nanitos de movimiento perpetuo". ∴ Yo gano". ¿Y de qué material haces las "garras" de nanitos que pueden contener un átomo? ¿De qué están hechos los cables? ¿La CPU? Ni siquiera puedo entrar en una conversación basada en la ciencia en esto.
@VogonPoet Un "nanito" en este nivel es simplemente una máquina molecular, como una proteína, pero no se limita a los componentes estructurales de la bioquímica. Las proteínas ya pueden realizar estas tareas con máquinas construidas con aminoácidos, cofactores, azúcares, etc. Un nanito podría ser más poderoso, ya que no estaría tan limitado en ingeniería. Por supuesto, los nanitos deben fabricarse, entregarse en los lugares apropiados, no dar como resultado una respuesta inmune, etc., por lo que no existe una solución PERFECTA.
Sí, como una kinesina. Sé lo que son, excepto que las cosas que el tamaño no siguen programas, siguen las leyes de la termodinámica.
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