Makîneyên hucreyê

Di sala 2016-an de, Xelata Nobelê ya Kîmyayê ji bo serkeftinek berbiçav - senteza molekulên ku wekî amûrên mekanîkî tevdigerin, hate xelat kirin. Lêbelê, nayê gotin ku ramana çêkirina makîneyên piçûk ramanek mirovî ya orjînal e. Û vê carê xweza yekem bû.

Makîneyên molekulî yên xelatkirî (di derbarê wan de bêtir di gotara ji jimareya Çile ya MT de) gava yekem berbi teknolojiyek nû ye ku dibe ku di demek nêzîk de jiyana me serûbin bike. Lê laşê hemî organîzmayên zindî tijî mekanîzmayên nanopîvan in ku hucreyan bi bandor dihêlin.

Li navenda…

... xaneyên navokekê dihewîne, û agahiyên genetîkî tê de tên tomarkirin (bakterî xwedî navokeke cuda nînin). Molekula DNA bi xwe ecêb e - ew ji zêdetirî 6 mîlyar hêmanan pêk tê (nukleotîd: bingeha nîtrojen + şekirê deoksîriboz + bermayiya asîda fosforîk), ku têlên bi dirêjahiya tevayî bi qasî 2 metreyan pêk tîne. Û em di vî warî de ne şampiyon in, ji ber ku organîzmayên ku DNA wan ji sed mîlyar nukleotîd pêk tê hene. Ji bo ku molekulek wusa mezin di navokê de bi cih bibe, ku bi çavê rût nayê dîtin, zincîreyên ADNyê bi hev re di hêlînekê de dizivirin (pêsîra ducar) û li dora proteînên taybetî yên bi navê hîston têne pêçandin. Di hucreyê de komek makîneyên taybetî hene ku bi vê databasê re bixebitin.

Pêdivî ye ku hûn bi berdewamî agahdariya ku di DNA-yê de heye bikar bînin: rêzikên ku ji bo proteînên ku hûn niha hewce ne kod dikin bixwînin (transkrîpasyon), û dem bi dem hemî databasê kopî bikin da ku şaneyê dabeş bikin (berbiçav). Her yek ji van gavan bi vekirina helika nukleotîdan vedihewîne. Ji bo vê çalakiyê, enzîma helîkazê tê bikar anîn, ku bi spiralekê dimeşe û -wek kulmekê- wê di nav têlên cihê de dabeş dike (ev hemî dişibin birûskê). Enzîm ji ber enerjiya ku di encama hilweşîna hilgirê enerjiya gerdûnî ya xaneyê - ATP (adenozîn trifosfat) de derketiye, dixebite.

Modela molekula ATP. Girêdan û veqetandina bermahiyên fosfatê (çep) di reaksiyonên kîmyewî yên hucreyî de pevguhertina enerjiyê peyda dike.

Naha hûn dikarin dest bi kopîkirina perçeyên zincîrê bikin, ya ku RNA polîmeraz dike, di heman demê de ji hêla enerjiya ku di ATP-ê de heye jî tê rêve kirin. Enzîm li ser zincîra ADNyê digere û herêmek ARNyê (şekir, li şûna deoksîrîbozê rîboz tê de ye) çêdike, ku ev şablon e ku proteîn li ser têne sentez kirin. Wekî encamek, ADN tê parastin (dûrketina domdar ji vekêşana û xwendina perçeyan), û ji bilî vê, proteîn dikarin li seranserê şaneyê, ne tenê di navokê de, werin afirandin.

Kopiyek hema bê xeletî ji hêla ADN polymerase ve tê peyda kirin, ku bi heman rengî RNA polymerase tevdigere. Enzîm li ser têlê digere û hevtayê xwe ava dike. Dema ku molekulek din a vê enzîmê li ser zincîra duyemîn digere, di encamê de du zincîrên ADN-ê yên temam in. Enzîm hewceyê çend "alîkar" e ku dest bi kopîkirinê bike, perçeyan bi hev ve girêbide, û şopên nehewce ji holê rake. Lêbelê, DNA polymerase xwedan "kêmasiyek çêkirinê" ye. Tenê dikare di yek alî de bimeşe. Ji nûvekirinê pêdivî bi afirandina destpêkek bi navê destpêkek heye, ku jê kopîkirina rastîn dest pê dike. Piştî ku qediya, primers têne rakirin û, ji ber ku polîmeraz piştgir tune, ew bi her kopiyek DNA re kurt dibe. Di dawiya mijarê de parçeyên parastinê yên bi navê telomeres hene ku ji bo ti proteînan kod nakin. Piştî vexwarina wan (piştî 50 dubarekirina di mirovan de), kromozom bi hev re disekinin û bi xeletî têne xwendin, ev yek dibe sedema mirina şaneyê an jî veguherîna wê ya kanserê. Bi vî rengî, dema jiyana me bi demjimêra telomerîk tê pîvandin.

Ji bo kopîkirina DNA'yê gelek enzîman bi hev re bixebitin hewce dike.

Molekulek bi mezinahiya ADNyê di bin zirara mayînde de dibe. Komek din a enzîman, di heman demê de wekî makîneyên pispor tevdigerin, bi çareserkirina pirsgirêkan re mijûl dibe. Ravekirina rola wan Xelata Kîmyayê ya 2015 hate xelat kirin (ji bo bêtir agahdarî li gotara Çile 2016 binêre).

Nav…

… hucreyên xwedan sîtoplazmayek e - ragirtina pêkhateyan ku wan bi fonksiyonên girîng ên cihêreng tijî dike. Tevahiya sîtoplazmayê bi toreke pêkhateyên proteîn ên ku sîtoskeletonê pêk tînin ve hatiye dorpêçkirin. Mîkrofiberên peymankirî dihêle ku xaneyê şeklê xwe biguhezîne, rê dide ku ew bizivire û organelên xwe yên hundurîn bimeşîne. Sîtoskeleton mîkrotubulan jî dihewîne, yanî. lûleyên ku ji proteînan hatine çêkirin. Vana hêmanên pir hişk in (boriyek vala her gav ji çîçekek bi heman pîvanê hişktir e) ku şaneyek çêdike, û hin makîneyên molekulî yên herî neasayî bi wan re dimeşin - proteînên rêveçûnê (bi rastî!).

Mikrotubulan dawiya wan bi elektrîkê barkirî ne. Proteînên bi navê dyneîn ber bi perçeya neyînî ve diçin, kînezîn jî berovajî vê yekê diçin. Bi saya enerjiya ku ji perçebûna ATP-ê derdikeve, şeklê proteînên rêveçûnê (wekî proteînên motor an veguheztinê jî tê zanîn) di dewran de diguhere, û dihêle ku ew mîna ordek li ser rûyê mîkrotubulan bigerin. Molekul bi proteînek "têlek" ve têne stendine, di dawiya wê de molekulek din a mezin an felqek ku bi hilberên bermayî dagirtî ye dikare bisekine. Hemî ev dişibin robotek, ku dihejîne, balonek bi têl dikişîne. Proteînên gerok maddeyên pêwîst vediguhezînin cîhên rast di şaneyê de û pêkhateyên hundurîn diguhezînin.

Hema hema hemî reaksiyonên ku di şaneyê de çêdibin ji hêla enzîman ve têne kontrol kirin, bêyî ku ev guhertin hema hema qet çênabin. Enzîm katalîzator in ku wekî makîneyên pispor tevdigerin da ku yek tiştî bikin (pir caran ew tenê reaksiyonek taybetî bilez dikin). Ew substratên veguherînê digirin, wan bi hevûdu re bi rêkûpêk rêz dikin, û piştî bidawîbûna pêvajoyê ew hilberan berdidin û ji nû ve dest bi xebatê dikin. Têkiliya bi robotek pîşesaziyê ku çalakiyên bêdawî yên dubare dike bi tevahî rast e.

Molekulên hilgirê enerjiyê yên navxaneyî wekî hilberek ji rêzek reaksiyonên kîmyewî têne çêkirin. Lêbelê, çavkaniya sereke ya ATP xebata mekanîzmaya herî tevlihev a şaneyê - ATP synthase ye. Hejmara herî mezin a molekulên vê enzîmê di mîtokondrîyan de cih digire, ku wekî "santralên elektrîkê" yên xaneyê tevdigerin.

ATP synthase - top: beşa sabît

di membranê de, mîlî ajotinê, perçeya berpirsiyar

ji bo senteza ATP

Di pêvajoya oksîdasyona biyolojîkî de, îyonên hîdrojenê ji hundurê beşên takekesî yên mîtokondrî ber bi derve ve têne veguheztin, ku li ser her du aliyên parzûna mîtokondrî gradient (cudahiya konsantresyonê) wan diafirîne. Ev rewş bêîstîqrar e û meylek xwezayî ya ji bo hevsengkirina koman heye, ya ku ATP synthase jê sûd werdigire. Enzîm ji çend beşên livîn û sabît pêk tê. Parçeyek bi kanalan di membranê de tê sabît kirin, bi navgîniya ku îyonên hîdrojenê yên ji hawîrdorê dikarin bikevin nav mîtokondrîyan. Guhertinên strukturî yên ku ji ber tevgera wan çêdibin beşek din ê enzîmê dizivirînin - hêmanek dirêjkirî ku wekî mîla ajotinê tevdigere. Li aliyê din ê rodê, di hundurê mîtokondrionê de, perçeyek din a pergalê pê ve girêdayî ye. Zivirandina şaftê dibe sedema zivirandina perçeya hundurîn, ku di hin pozîsyonên wê de, substratên reaksiyona ATP-çêker pê ve girêdayî ne, û dûv re, di pozîsyonên din ên rotorê de, pêkhateyek amade-enerjiya bilind. . serbest berdan.

Û vê carê ne zehmet e ku meriv di cîhana teknolojiya mirovan de wekheviyek peyda bike. Tenê jeneratorek elektrîkê. Herikîna îyonên hîdrojenê hêmanan dike ku di hundurê motora molekulê ya ku di perdeyê de nexebitî ye, tevbigerin, mîna tîrên turbînekê ku ji hêla hilma avê ve tê ajotin. Şaft ajotinê vediguhezîne pergala hilberîna rastîn a ATP. Mîna piraniya enzîman, synthase jî dikare di hêla din de tevbigere û ATP hilweşîne. Ev pêvajo motorek hundurîn dide tevgerê ku perçeyên diherike yên perçeya membranê di nav şaftekê de dimeşîne. Ev, di encamê de, dibe sedema derxistina îyonên hîdrojenê ji mîtokondrîyan. Ji ber vê yekê, pomp bi elektrîkê tê ajotin. Mucîzeya molekularî ya xwezayê.

Li ser sînorê…

... Di navbera xaneyê û hawîrdorê de parzûnek xaneyê heye ku nîzama hundirîn ji kaosa cîhana derve vediqetîne. Ew ji du qatek molekulan pêk tê, bi beşên hîdrofîl ("avîn-hez") li derve û beşên hîdrofobî ("av-avêj") ber bi hev ve ne. Di parzûnê de gelek molekulên proteîn jî hene. Pêdivî ye ku laş bi hawîrdorê re têkeve têkiliyê: maddeyên ku jê re lazim in vedihewîne û çopê derdixe. Hin pêkhateyên kîmyayî yên bi molekulên piçûk (mînak, av) dikarin li gorî gradienta konsantreyê bi herdu aliyan ve ji parzûnê derbas bibin. Belavbûna yên din dijwar e, û hucre bixwe vegirtina wan bi rê ve dibe. Wekî din, makîneyên hucreyî ji bo veguheztinê têne bikar anîn - veguhêz û kanalên ion.

Veguhêz îyonek an molekulekê girêdide û dû re bi wê re derbasî aliyê din ê parzûnê dibe (dema parzûn bi xwe piçûk be) an jî - dema ku di tevahiya parzûnê re derbas dibe - parça berhevkirî dihejîne û li dawiya din berdide. Bê guman, veguhêz bi her du awayan dixebitin û pir "bikêr" in - ew bi gelemperî tenê celebek maddeyek vediguhezînin. Kanalên Ion bandorek xebitandinê ya wekhev nîşan didin, lê mekanîzmayek cûda. Ew dikarin bi parzûnek bêne berhev kirin. Veguhastina bi kanalên îonê bi gelemperî li dû gradientek îyonê dişopîne (heya ku asta îyonê jê bilindtir û kêm bibe). Ji hêla din ve, mekanîzmayên hundurîn vebûn û girtina rêgezan bi rê ve dibin. Kanalên îyonê jî ji bo ku parçikan derbas bibin hilbijartiyek bilind nîşan didin.

Kanala Ion (çep) û boriyên di operasyonê de

Flagellum bakterî mekanîzmayek ajotinê ya rastîn e

Di parzûna hucreyê de makîneyek molekularek din a balkêş heye - ajotina flagellum, ku tevgera çalak a bakteriyan misoger dike. Ev motorek proteîn e ku ji du beşan pêk tê: beşek sabît (stator) û beşek zivirî (rotor). Tevger ji ber herikîna îyonên hîdrojenê yên ji parzûnê di nav xaneyê de pêk tê. Ew dikevin kanalê di statorê de û bêtir di beşa dûr, ku di rotorê de ye. Ji bo ku bikevin hundurê xaneyê, divê îyonên hîdrojenê riya xwe berbi beşa din a kanalê, ku dîsa di statorê de ye, bibînin. Lêbelê, pêdivî ye ku rotor bizivire da ku kanal bigihîjin hev. Dawiya rotorê, ku li derveyî qefesê derdikeve, xêzkirî ye, flagellumek maqûl pê ve girêdayî ye, ku mîna pêleka helîkopterê dizivire.

Ez bawer dikim ku ev pêdiviya kurteya mekanîzmaya hucreyî dê eşkere bike ku sêwiranên serketî yên xelatgirên Xelata Nobelê, bêyî ku destkeftiyên wan kêm bikin, hîn jî ji kamilbûna afirînên pêşveçûnê dûr in.