一般に生体内の化学反応は1秒以下の時間スケールで進む。一方、我々生物が生きて行動する時間スケールは、例えば体内時計であれば約十万秒ほどであり、その間にはとても大きな隔たりがある。今回、東京大学の研究者らは、多くの生化学反応が集まって構成されているに過ぎない我々生物が、この溝を埋めているメカニズムの一つを明らかにした。
本研究ではまず、「アロステリック制御」（タンパク質に化合物が結合することによりタンパク質全体の構造と活性が変化すること）のモデルであるMonod-Wyman-Changeuxモデルを、実際に生体内で行われているように酵素反応を含む形へと拡張した。そして、計算機シミュレーションを用いて解析したところ、それぞれの反応がどんなに速くても、全体としての速度は数十万倍以上も遅くなりうることを明らかにした。
これは、反応が進めば進むほど、酵素と結合しやすい状態の分子が増えていく一方で、それらが酵素を独占する状態になってしまうために、残りの分子が酵素とほとんど結合できず、全体として反応が遅くなるためだという。さらに、この生化学反応における分子の数の変化を調べると、興味深いことに、その時系列は、ガラス中の分子の運動に非常に近いことがわかった。
そこで、この生化学反応のモデルを深く調べたところ、その中に、ガラスを支配していると考えられている仕組みの一つと非常によく似た構造が潜んでいることがわかった。また、さまざまな環境が変化した時に液体とガラスで転移が起こるように、酵素の量などを変化させると反応経路も変化し、その反応時間は統計力学における転移に近い振る舞いを示すことがわかった。
生命現象の時間スケールがどのように決まっているかを理解するとともに、生物とガラスの間の共通点を利用することで、将来的には、生命現象に流れる時間を制御できるようになるかもしれない。
