Mesin sélulér

Dina 2016, Hadiah Nobel Kimia dileler pikeun prestasi impressive - sintésis molekul nu meta salaku alat mékanis. Nanging, teu tiasa disebatkeun yén ideu nyiptakeun mesin miniatur mangrupikeun ideu manusa asli. Sareng waktos ieu alam munggaran.

Mesin molekular anu dilélér (langkung seueur ngeunaan éta dina tulisan tina édisi Januari MT) mangrupikeun léngkah munggaran pikeun téknologi anyar anu engké bakal ngabalikkeun kahirupan urang. Tapi awak sadaya organisme hirup pinuh ku mékanisme skala nano nu ngajaga sél fungsi éfisién.

Di tengah…

... sél ngandung inti, sarta informasi genetik disimpen di jerona (baktéri teu boga inti misah). Molekul DNA sorangan endah pisan - diwangun ku langkung ti 6 milyar unsur (nukléotida: basa nitrogen + gula déoksiribosa + résidu asam fosfat), ngabentuk benang kalayan panjangna sakitar 2 méter. Sareng kami henteu juara dina hal ieu, sabab aya organisme anu DNAna diwangun ku ratusan milyar nukléotida. Supados molekul raksasa sapertos kitu tiasa nyocogkeun kana inti, teu katingali ku mata taranjang, untaian DNA dipintal ngahiji jadi héliks (héliks ganda) sareng dibungkus ku protéin khusus anu disebut histones. Sél ngabogaan set husus mesin pikeun digawekeun ku database ieu.

Anjeun kedah teras-terasan nganggo inpormasi anu aya dina DNA: baca sekuen kode pikeun protéin anu anjeun peryogikeun (transkripsi), sareng nyalin sadaya databés ti waktos ka waktos pikeun ngabagi sél (réplikasi). Tiap léngkah ieu ngawengku unraveling héliks nukléotida. Pikeun kagiatan ieu dipaké énzim hélikase, nu ngalir dina spiral jeung - kawas ngaganjel - ngabagi kana threads misah (sadayana nyarupaan kilat). Énzim gawéna alatan énergi dileupaskeun salaku hasil tina ngarecahna pamawa énergi universal sél - ATP (adénosin trifosfat).

Modél molekul ATP. Attachment jeung detachment résidu fosfat (kénca) nyadiakeun bursa énergi dina réaksi kimiawi sélular.

Ayeuna anjeun tiasa ngamimitian nyalin fragmen ranté, anu dilakukeun ku RNA polimérase, ogé didorong ku énergi anu aya dina ATP. Énzim ngalir sapanjang untaian DNA sarta ngabentuk wewengkon RNA (ngandung gula, ribosa tinimbang déoksiribosa), nu mangrupakeun citakan di mana protéin disintésis. Hasilna, DNA dilestarikan (ngahindarkeun unraveling konstanta sarta maca fragmen), sarta, sajaba, protéin bisa dijieun sapanjang sél, teu ngan dina inti.

Salinan anu ampir teu aya kasalahan disayogikeun ku DNA polymerase, anu tindakanna sami sareng RNA polymerase. Énzim ngalir sapanjang benang sareng ngawangun pasanganna. Nalika molekul séjén énzim ieu ngalir sapanjang untaian kadua, hasilna mangrupa dua untaian lengkep DNA. Énzim butuh sababaraha "pembantu" pikeun ngamimitian nyalin, ngahijikeun fragmen, sareng ngaleungitkeun tanda manteng anu teu perlu. Sanajan kitu, DNA polimérase boga "cacat manufaktur". Ieu ngan bisa gerak dina hiji arah. Réplikasi merlukeun kreasi nu disebut starter, ti mana nu nyalin sabenerna dimimitian. Saatos réngsé, primers dipiceun sareng, sabab polimérase henteu gaduh cadangan, éta pondok sareng unggal salinan DNA. Dina tungtung benang aya fragmen pelindung anu disebut telomeres anu henteu kode pikeun protéin naon waé. Saatos konsumsina (dina manusa, saatos kira-kira 50 pangulangan), kromosom ngahiji sareng dibaca ku kasalahan, anu nyababkeun maot sél atanapi transformasina janten kanker. Ku kituna, waktu hirup urang diukur ku jam telomeric.

Niron DNA merlukeun loba énzim pikeun gawé bareng.

Hiji molekul DNA-ukuran ngalaman karuksakan permanén. Grup énzim anu sanés, ogé bertindak salaku mesin khusus, ngurus masalah. Penjelasan ngeunaan peranna dilélér Hadiah Kimia 2015 (kanggo inpormasi langkung seueur tingali artikel Januari 2016).

Di jero…

... sél boga sitoplasma - suspénsi komponén nu ngeusian aranjeunna kalayan sagala rupa fungsi vital. Sakabéh sitoplasma katutupan ku jaringan struktur protéin nu ngawangun sitoskeleton. Microfibers kaserang ngamungkinkeun sél pikeun ngarobah bentukna, sahingga bisa ngorondang jeung mindahkeun organél internal na. Sitoskeleton ogé kalebet mikrotubulus, nyaéta. tabung dijieunna tina protéin. Ieu elemen anu cukup kaku (pipa kerung sok stiffer ti rod tunggal diaméterna sarua) nu ngabentuk sél, sarta sababaraha mesin molekular paling ilahar gerak sapanjang aranjeunna - leumpang protéin (sacara harfiah!).

Mikrotubulus boga tungtung muatan listrik. Protéin nu disebut dyneins pindah ka arah fragmén négatip, bari kinesin pindah dina arah nu lalawanan. Hatur nuhun kana énergi anu dileupaskeun tina ngarecahna ATP, bentuk protéin leumpang (ogé katelah protéin motor atanapi transpor) robih dina siklus, ngamungkinkeun aranjeunna ngalih sapertos bebek dina permukaan mikrotubulus. Molekul dilengkepan protéin "benang", nepi ka ahir molekul badag sejen atawa gelembung ngeusi produk runtah bisa nempel. Sadaya ieu nyarupaan robot, nu, swaying, narik balon ku string a. Protéin ngagulung ngangkut zat anu dipikabutuh ka tempat anu pas dina sél sareng mindahkeun komponén internalna.

Ampir kabéh réaksi nu lumangsung dina sél dikawasa ku énzim, tanpa nu parobahan ieu ampir moal pernah lumangsung. Énzim nyaéta katalis anu meta kawas mesin husus pikeun ngalakukeun hiji hal (sering pisan aranjeunna ngan nyepetkeun hiji réaksi nu tangtu). Aranjeunna néwak substrat transformasi, ngatur aranjeunna saluyu sareng masing-masing, sareng saatos prosés prosés ngaleupaskeun produk sareng ngamimitian damel deui. Asosiasi sareng robot industri anu ngalakukeun tindakan anu berulang-ulang teu aya tungtungna leres pisan.

Molekul-molekul pamawa énergi intrasélular kabentuk salaku produk sampingan tina runtuyan réaksi kimiawi. Sanajan kitu, sumber utama ATP nyaéta karya mékanisme paling kompléks sél - ATP sintase. Jumlah pangbadagna molekul énzim ieu lokasina di mitokondria, nu meta salaku sélular "pembangkit listrik".

ATP sintase - luhur: bagian tetep

dina mémbran, drive aci, sempalan jawab

pikeun sintésis ATP

Dina prosés oksidasi biologis, ion hidrogén diangkut ti jero bagian individu mitokondria ka luar, anu nyiptakeun gradién (bédana konsentrasi) dina kadua sisi mémbran mitokondria. Kaayaan ieu teu stabil sareng aya kacenderungan alami pikeun saimbangkeun konsentrasi, anu mangpaatkeun ATP sintase. Énzim diwangun ku sababaraha bagian anu gerak sareng tetep. Sempalan sareng saluran dipasang dina mémbran, dimana ion hidrogén tina lingkungan tiasa nembus kana mitokondria. Parobahan struktur disababkeun ku gerakan maranéhna muterkeun bagian séjén énzim - unsur elongated nu tindakan minangka aci drive. Di tungtung séjén rod, di jero mitokondria, sapotong sejen tina sistem napel eta. Rotasi aci ngabalukarkeun rotasi sempalan internal, nu - dina sababaraha posisi na - substrat réaksi ATP-ngabentuk napel, lajeng - dina posisi séjén rotor nu - rengse sanyawa énergi tinggi. dileupaskeun.

Sareng waktos ieu henteu sesah milarian analogi dina dunya téknologi manusa. Ngan generator listrik. Aliran ion hidrogén ngajadikeun unsur-unsur gerak dina jero motor molekular anu teu bisa digerakkeun dina mémbran, kawas bilah turbin anu didorong ku aliran uap cai. Aci mindahkeun drive kana sistem generasi ATP sabenerna. Kawas kalolobaan énzim, sintase ogé bisa meta dina arah séjén sarta ngarecah ATP. Prosés ieu ngagerakkeun motor internal anu ngagerakkeun bagian-bagian anu gerak tina sempalan mémbran ngaliwatan aci. Ieu, kahareupna ngabalukarkeun ngompa kaluar ion hidrogén tina mitokondria. Janten, pompa didorong ku listrik. Molekul mujijat alam.

Ka wates ...

... Antara sél jeung lingkungan aya mémbran sél anu misahkeun urutan internal tina rusuh dunya luar. Ieu diwangun ku hiji lapisan ganda molekul, kalawan bagian hidrofilik ("cai-asih") ka luar jeung hidrofobik ("cai-ngahindarkeun") bagian ka arah silih. Mémbran ogé ngandung loba molekul protéin. Awak kedah ngahubungi lingkungan: nyerep zat anu diperyogikeun sareng ngaleupaskeun runtah. Sababaraha sanyawa kimia kalayan molekul leutik (contona, cai) tiasa nembus mémbran dina dua arah dumasar kana gradién konsentrasi. Difusi batur sesah, sareng sél sorangan ngatur nyerepna. Salajengna, mesin sélular dianggo pikeun pangiriman - conveyors sareng saluran ion.

Conveyor ngiket hiji ion atawa molekul lajeng mindahkeun kalawan eta ka sisi séjén mémbran (lamun mémbran sorangan leutik) atawa - lamun ngaliwatan sakabéh mémbran - mindahkeun partikel dikumpulkeun sarta ngaleupaskeun di tungtung séjén. Tangtosna, conveyors dianggo duanana cara jeung pisan "finicky" - aranjeunna mindeng ngangkut ngan hiji jenis zat. Saluran ion nunjukkeun pangaruh kerja anu sami, tapi mékanisme anu béda. Aranjeunna tiasa dibandingkeun sareng saringan. Angkutan ngaliwatan saluran ion umumna nuturkeun gradién konsentrasi (leuwih luhur nepi ka nurunkeun konséntrasi ion nepi ka rata). Di sisi séjén, mékanisme intrasélular ngatur muka jeung nutup passages. Saluran ion ogé nunjukkeun selektivitas anu luhur pikeun partikel anu ngaliwat.

saluran ion (kénca) jeung pipelines di operasi

Flagellum baktéri mangrupikeun mékanisme nyetir anu leres

Aya mesin molekular sejen metot dina mémbran sél - drive flagellum, nu ensures gerakan aktif baktéri. Ieu mesin protéin diwangun ku dua bagian: bagian tetep (stator) jeung bagian puteran (rotor). Gerakan disababkeun ku aliran ion hidrogén tina mémbran kana sél. Aranjeunna asupkeun saluran dina stator sarta salajengna kana bagian distal, anu perenahna di rotor nu. Pikeun asup ka jero sél, ion hidrogén kedah milarian jalan ka bagian salajengna saluran, anu aya deui dina stator. Sanajan kitu, rotor kudu muterkeun supados saluran bisa konvergen. Tungtung rotor, protruding saluareun kandang, melengkung, flagellum fléksibel napel na, puteran kawas propeller helikopter.

Kuring yakin yén tinjauan merta ringkes mékanisme sélular ieu bakal ngajelaskeun yén desain unggul tina winners Hadiah Nobel, tanpa detracting tina prestasi maranéhanana, masih jauh ti kasampurnaan kreasi évolusi.