Machin selilè

Nan 2016, yo te bay Pri Nobèl nan Chimi pou yon reyalizasyon enpresyonan - sentèz molekil ki aji kòm aparèy mekanik. Sepandan, li pa ka di ke lide pou kreye machin tipòtrè se yon lide orijinal imen. Ak tan sa a nati te premye.

Machin molekilè akòde yo (plis sou yo nan atik ki soti nan nimewo janvye MT) se premye etap la nan direksyon pou yon nouvo teknoloji ki ka byento vire lavi nou tèt anba. Men, kò tout òganis vivan yo plen nan mekanis nanokal ki kenbe selil yo fonksyone avèk efikasite.

Nan sant...

... selil yo genyen yon nwayo, epi enfòmasyon jenetik yo estoke ladan l (bakteri pa gen yon nwayo separe). Molekil ADN nan tèt li se etonan - li konsiste de plis pase 6 milya dola eleman (nukleotid: baz nitwojèn + sik dezoksiriboz + rezidi asid fosfò), fòme fil ak yon longè total apeprè 2 mèt. Epi nou pa chanpyon nan sans sa a, paske gen òganis ki gen ADN ki gen plizyè santèn milya nikleotid. Nan lòd pou yon molekil jeyan konsa anfòm nan nwayo a, envizib nan je toutouni, seksyon ADN yo trese ansanm nan yon helix (doub helix) epi vlope nan pwoteyin espesyal yo rele histones. Selil la gen yon seri machin espesyal pou travay ak baz done sa a.

Ou dwe toujou sèvi ak enfòmasyon ki genyen nan ADN: li sekans ki kode pou pwoteyin ou bezwen kounye a (transkripsyon), epi kopye baz done a tout antye de tan zan tan pou divize selil la (replikasyon). Chak etap sa yo enplike nan debouche helix la nan nukleotid. Pou aktivite sa a, yo itilize anzim helicase la, ki deplase nan yon espiral epi - tankou yon bon rapò sere - divize li an fil separe (tout bagay sa a sanble ak zèklè). Anzim nan travay akòz enèji a lage kòm yon rezilta nan pann nan konpayi asirans enèji inivèsèl nan selil la - ATP (adenosine trifosfat).

Modèl molekil ATP. Atachman ak detachman nan rezidi fosfat (agòch) bay echanj enèji nan reyaksyon chimik selilè.

Koulye a, ou ka kòmanse kopye fragman chèn, ki RNA polymerase fè, tou kondwi pa enèji ki genyen nan ATP. Anzim nan deplase sou fil ADN la epi li fòme yon rejyon RNA (ki gen sik, riboz olye de deoksiriboz), ki se modèl sou ki pwoteyin yo sentèz. Kòm yon rezilta, ADN konsève (evite konstan debouche ak lekti fragman), epi, anplis, pwoteyin yo ka kreye nan tout selil la, pa sèlman nan nwayo a.

ADN polymerase bay yon kopi prèske san erè, ki aji menm jan ak RNA polymerase. Anzim nan deplase sou fil la ak bati kontrepati li yo. Lè yon lòt molekil anzim sa a deplase sou dezyèm fil la, rezilta a se de fil ADN konplè. Anzim nan bezwen kèk "èd" pou kòmanse kopye, mare fragman ansanm, epi retire mak detire ki pa nesesè. Sepandan, ADN polymerase gen yon "defo fabrikasyon". Li ka sèlman deplase nan yon direksyon. Replikasyon mande pou kreye yon sa yo rele starter, ki soti nan ki kopi aktyèl la kòmanse. Yon fwa yo fini, yo retire primè yo epi, piske polymerase a pa gen okenn backup, li vin pi kout ak chak kopi ADN. Nan pwent fil la gen fragman pwoteksyon yo rele telomè ki pa kòd pou okenn pwoteyin. Apre konsomasyon yo (nan imen, apre apeprè 50 repetisyon), kwomozòm yo kole ansanm epi yo li ak erè, ki lakòz lanmò selil oswa transfòmasyon li nan yon kansè. Kidonk, tan lavi nou mezire pa revèy telomerik la.

Kopi ADN mande anpil anzim pou travay ansanm.

Yon molekil ki gwosè ADN sibi domaj pèmanan. Yon lòt gwoup anzim, tou aji kòm machin espesyalize, kontra ak depanaj. Yo te bay yon eksplikasyon sou wòl yo nan Pri Chimi 2015 (pou plis enfòmasyon gade atik Janvye 2016 la).

Anndan…

… selil yo gen yon sitoplasm - yon sispansyon nan eleman ki ranpli yo ak divès fonksyon vital. Tout sitoplasm nan kouvri ak yon rezo estrikti pwoteyin ki fòme sitoskelèt la. Mikrofib kontra yo pèmèt selil la chanje fòm li, sa ki pèmèt li rale epi deplase òganèl entèn li yo. Sitoskelèt la gen ladan tou mikrotubul, sa vle di. tib ki fèt ak pwoteyin. Sa yo se eleman pito rijid (yon tib kre toujou rèd pase yon sèl baton ki gen menm dyamèt) ki fòme yon selil, ak youn nan machin yo molekilè ki pi etranj deplase ansanm yo - mache pwoteyin (literalman!).

Mikrotubul yo gen yon bout ki chaje elektrik. Pwoteyin yo rele dyneins deplase nan direksyon negatif fragman, pandan y ap kinesins deplase nan direksyon opoze a. Mèsi a enèji ki soti nan dekonpozisyon ATP, fòm pwoteyin mache yo (ke yo rele tou pwoteyin motè oswa transpò) chanje nan sik, sa ki pèmèt yo deplase tankou yon kanna atravè sifas mikrotubul yo. Molekil yo ekipe ak yon "fil" pwoteyin, nan fen ki yon lòt molekil gwo oswa yon ti wonn plen ak pwodwi dechè ka bwa. Tout bagay sa a sanble ak yon robo, ki, balanse, rale yon balon pa yon fisèl. Pwoteyin woule transpòte sibstans ki nesesè yo nan kote ki dwat nan selil la epi deplase eleman entèn li yo.

Prèske tout reyaksyon ki fèt nan selil la kontwole pa anzim, san yo pa chanjman sa yo ta prèske pa janm rive. Anzim yo se katalis ki aji tankou machin espesyalize pou fè yon sèl bagay (trè souvan yo sèlman akselere yon reyaksyon patikilye). Yo pran substra yo nan transfòmasyon, ranje yo kòmsadwa youn ak lòt, epi apre fen pwosesis la yo lage pwodwi yo epi yo kòmanse travay ankò. Asosyasyon an ak yon robo endistriyèl fè aksyon san rete repetitif se absoliman vre.

Molekil transpòtè enèji entraselilè yo fòme kòm yon pa pwodwi nan yon seri reyaksyon chimik. Sepandan, sous prensipal la nan ATP se travay la nan mekanis ki pi konplèks nan selil la - ATP synthase. Pi gwo kantite molekil nan anzim sa a sitiye nan mitokondri yo, ki aji kòm "izin elektrik" selilè.

ATP synthase - tèt: pati fiks

nan manbràn, kondwi arbr, fragman responsab

pou sentèz ATP

Nan pwosesis la nan oksidasyon byolojik, iyon idwojèn yo transpòte soti nan andedan an nan seksyon endividyèl nan mitokondriyo a nan deyò a, ki kreye gradyan yo (diferans konsantrasyon) sou tou de bò manbràn mitokondriyo a. Sitiyasyon sa a se enstab epi gen yon tandans natirèl pou konsantrasyon egalize, ki se sa ATP synthase pran avantaj de. Anzim nan konsiste de plizyè pati k ap deplase ak fiks. Yon fragman ki gen chanèl fiks nan manbràn nan, nan ki iyon idwojèn ki soti nan anviwònman an ka antre nan mitokondri yo. Chanjman estriktirèl ki te koze pa mouvman yo vire yon lòt pati nan anzim la - yon eleman long ki aji kòm yon arbr kondwi. Nan lòt bout baton an, andedan mitokondri a, se yon lòt moso nan sistèm nan tache ak li. Wotasyon an nan arbr a lakòz wotasyon nan fragman entèn la, nan ki, nan kèk nan pozisyon li yo, substrats nan reyaksyon an ATP-fòme yo tache, ak Lè sa a, nan lòt pozisyon nan rotor la, yon pare-fè konpoze segondè-enèji. . lage.

Ak tan sa a li pa difisil jwenn yon analoji nan mond lan nan teknoloji imen. Jis yon dèlko elektrisite. Koule iyon idwojèn fè eleman yo deplase andedan motè molekilè ki imobilize nan manbràn nan, tankou lam yon turbine ki kondwi pa yon kouran vapè dlo. Arbr a transfere kondwi a nan sistèm aktyèl ATP jenerasyon an. Tankou pifò anzim, sentaz ka aji tou nan lòt direksyon epi kraze ATP. Pwosesis sa a mete an mouvman yon motè entèn ki kondui pati k ap deplase nan fragman manbràn nan atravè yon arbr. Sa a, nan vire, mennen nan ponpe soti nan iyon idwojèn ki soti nan mitokondri yo. Se konsa, ponp lan se elektrik kondwi. Mirak molekilè nan lanati.

Sou fwontyè a...

... Ant selil la ak anviwònman an gen yon manbràn selilè ki separe lòd entèn la ak dezòd la nan mond lan ekstèn. Li konsiste de yon kouch doub molekil, ak pati idrofil ("renmen dlo") deyò ak pati idrofob ("evite dlo") youn nan direksyon pou lòt. Manbràn la tou gen anpil molekil pwoteyin. Kò a dwe kontakte anviwònman an: absòbe sibstans li bezwen yo epi lage fatra. Gen kèk konpoze chimik ki gen ti molekil (egzanp dlo) ka pase nan manbràn nan tou de direksyon selon gradyan konsantrasyon an. Difizyon lòt moun se difisil, ak selil la tèt li kontwole absòpsyon yo. Pli lwen, machin selilè yo te itilize pou transmisyon - transporteurs ak chanèl ion.

Transporteur a mare yon ion oswa molekil epi li deplase ak li nan lòt bò manbràn lan (lè manbràn nan tèt li piti) oswa - lè li pase nan tout manbràn nan - deplase patikil la kolekte epi degaje li nan lòt bout la. Natirèlman, transporteurs travay tou de fason epi yo trè "finicky" - yo souvan transpòte yon sèl kalite sibstans. Chanèl Ion montre yon efè k ap travay menm jan an, men yon mekanis diferan. Yo ka konpare ak yon filtè. Transpò atravè chanèl ion jeneralman swiv yon gradyan konsantrasyon (pi wo a pi ba konsantrasyon ion jiskaske yo nivo). Nan lòt men an, mekanis entraselilè kontwole ouvèti ak fèmti pasaj yo. Chanèl ion yo tou montre segondè selektivite pou patikil yo pase nan.

Ion chanèl (gòch) ak tuyaux nan operasyon

Flagellum bakteri a se yon mekanis kondwi vre

Gen yon lòt machin molekilè enteresan nan manbràn selilè a - kondwi a flagellum, ki asire mouvman an aktif nan bakteri. Sa a se yon motè pwoteyin ki gen de pati: yon pati fiks (stator) ak yon pati wotasyon (rotor). Mouvman ki te koze pa koule nan iyon idwojèn soti nan manbràn nan nan selil la. Yo antre nan kanal la nan stator la ak pi lwen nan pati distal la, ki sitiye nan rotor la. Pou jwenn andedan selil la, iyon idwojèn dwe jwenn wout yo nan pwochen seksyon an nan kanal la, ki se ankò nan stator la. Sepandan, rotor la dwe wotasyon nan lòd pou chanèl yo konvèje. Fen rotor la, ki vle pèse anvlòp pi lwen pase kalòj la, se koube, yon flagèl fleksib tache ak li, wotasyon tankou yon elis elikoptè.

Mwen kwè ke sa a nesesèman kout apèsi sou mekanis selilè a pral fè li klè ke desen yo genyen nan ganyan yo Pri Nobèl, san yo pa detounen nan reyalizasyon yo, yo toujou lwen pèfeksyon an nan kreyasyon yo nan evolisyon.