Awọn ẹrọ alagbeka

Ni ọdun 2016, Ebun Nobel ninu Kemistri ni a fun ni fun aṣeyọri iyalẹnu kan - iṣelọpọ ti awọn ohun elo ti o ṣiṣẹ bi awọn ẹrọ ẹrọ. Sibẹsibẹ, a ko le sọ pe imọran ti ṣiṣẹda awọn ẹrọ kekere jẹ imọran eniyan atilẹba. Ati ni akoko yii, iseda wa ni akọkọ.

Awọn ẹrọ molikula ti a fun ni (diẹ sii nipa wọn ninu nkan lati inu atejade January ti MT) jẹ igbesẹ akọkọ si ọna imọ-ẹrọ tuntun ti o le yi igbesi aye wa pada laipẹ. Ṣugbọn awọn ara ti gbogbo awọn oganisimu ti o wa laaye kun fun awọn ilana nanoscale ti o jẹ ki awọn sẹẹli ṣiṣẹ daradara.

Ni aarin…

... awọn sẹẹli ni arin kan ninu, ati pe alaye jiini ti wa ni ipamọ ninu rẹ (awọn kokoro arun ko ni arin lọtọ). Molikula DNA funrararẹ jẹ iyalẹnu - o ni diẹ sii ju awọn eroja bilionu 6 (nucleotides: ipilẹ nitrogenous + suga deoxyribose + aloku phosphoric acid), ti o n ṣe awọn okun pẹlu ipari lapapọ ti bii awọn mita meji. Ati pe a kii ṣe awọn aṣaju-ija ni ọran yii, nitori awọn ohun alumọni wa ti DNA ni awọn ọgọọgọrun ọkẹ àìmọye ti nucleotides. Kí irú molecule ńlá bẹ́ẹ̀ lè bá ara rẹ̀ mu, tí a kò lè fojú rí lójú ìhòòhò, àwọn okùn DNA ni a máa ń yí pa pọ̀ sínú hẹlikisi kan (helikisi méjì) tí a sì fi yípo àwọn protein àkànṣe tí a ń pè ní histones. Awọn sẹẹli naa ni awọn ero pataki kan lati ṣiṣẹ pẹlu ibi data data yii.

O gbọdọ lo alaye ti o wa ninu DNA nigbagbogbo: ka awọn ilana ti koodu fun awọn ọlọjẹ ti o nilo lọwọlọwọ (igbasilẹ), ati daakọ gbogbo ibi ipamọ data lati igba de igba lati pin sẹẹli (atunṣe). Ọ̀kọ̀ọ̀kan àwọn ìgbésẹ̀ wọ̀nyí wé mọ́ ṣíṣí ìtúpalẹ̀ hẹlikisi ti nucleotides. Fun iṣẹ ṣiṣe yii, a ti lo helicase henensiamu, eyiti o lọ ni ajija ati - bi wedge kan - pin si awọn okun lọtọ (gbogbo eyi dabi monomono). Enzymu n ṣiṣẹ nitori agbara ti a tu silẹ bi abajade ti didenukole ti ngbe agbara agbaye ti sẹẹli - ATP (adenosine triphosphate).

Awoṣe ti ATP moleku. Asomọ ati iyọkuro ti awọn iṣẹku fosifeti (osi) pese paṣipaarọ agbara ni awọn aati kemikali cellular.

Bayi o le bẹrẹ didakọ awọn ajẹkù pq, eyiti RNA polymerase ṣe, tun ṣe nipasẹ agbara ti o wa ninu ATP. Enzymu naa n lọ pẹlu okun DNA ati pe o jẹ agbegbe ti RNA (ti o ni suga, ribose dipo deoxyribose), eyiti o jẹ apẹrẹ lori eyiti awọn ọlọjẹ ti ṣajọpọ. Bi abajade, DNA ti wa ni ipamọ (yago fun ṣiṣafihan nigbagbogbo ati kika awọn ajẹkù), ati, ni afikun, awọn ọlọjẹ le ṣẹda jakejado sẹẹli, kii ṣe ni arin nikan.

Ẹda ti ko ni aṣiṣe ti o fẹrẹ jẹ ti pese nipasẹ DNA polymerase, eyiti o ṣe bakanna si RNA polymerase. Awọn henensiamu rare pẹlú awọn o tẹle ati ki o kọ soke awọn oniwe-counterpart. Nigbati molikula miiran ti henensiamu yii ba lọ pẹlu okun keji, abajade jẹ awọn okun meji ti DNA pipe. Enzymu nilo awọn “oluranlọwọ” diẹ lati bẹrẹ didakọ, so awọn ajẹkù pọ, ati yiyọ awọn ami isan ti ko wulo. Bibẹẹkọ, DNA polymerase ni “alebu iṣelọpọ”. O le gbe ni ọna kan nikan. Atunṣe nilo ẹda ti a npe ni ibẹrẹ, lati eyiti ẹda gangan bẹrẹ. Ni kete ti o ti pari, a ti yọ awọn alakoko kuro ati, niwọn bi polymerase ko ni afẹyinti, o kuru pẹlu ẹda DNA kọọkan. Ni opin okun naa ni awọn ajẹkù aabo ti a npe ni telomeres ti ko ṣe koodu fun eyikeyi awọn ọlọjẹ. Lẹhin lilo wọn (ninu eniyan, lẹhin iwọn 50 awọn atunwi), awọn chromosomes duro papọ a si ka pẹlu awọn aṣiṣe, eyiti o fa iku sẹẹli tabi iyipada rẹ si ọkan ti o jẹ alakan. Nitorinaa, akoko ti igbesi aye wa ni iwọn nipasẹ aago telomeric.

Didaakọ DNA nilo ọpọlọpọ awọn enzymu lati ṣiṣẹ papọ.

Molikula ti o ni iwọn DNA faragba ibajẹ ayeraye. Ẹgbẹ miiran ti awọn enzymu, ti o tun n ṣiṣẹ bi awọn ẹrọ amọja, ṣe pẹlu laasigbotitusita. Alaye ti ipa wọn ni a fun ni ẹbun Kemistri 2015 (fun alaye diẹ sii wo nkan January 2016).

Ninu…

… awọn sẹẹli ni cytoplasm – idadoro awọn paati ti o kun wọn pẹlu ọpọlọpọ awọn iṣẹ pataki. Gbogbo cytoplasm ti wa ni bo pelu nẹtiwọki kan ti awọn ẹya amuaradagba ti o ṣe cytoskeleton. Awọn microfibers ti n ṣe adehun gba sẹẹli laaye lati yi apẹrẹ rẹ pada, gbigba o laaye lati ra ati gbe awọn ara inu inu rẹ. Awọn cytoskeleton tun pẹlu microtubules, i.e. tubes ṣe ti awọn ọlọjẹ. Iwọnyi jẹ awọn eroja ti kosemi (tube ti o ṣofo nigbagbogbo jẹ lile ju ọpa kan ti iwọn ila opin kanna) ti o ṣe sẹẹli kan, ati diẹ ninu awọn ẹrọ molikula dani julọ n gbe pẹlu wọn - awọn ọlọjẹ ti nrin (itumọ ọrọ gangan!).

Microtubules ni awọn opin agbara itanna. Awọn ọlọjẹ ti a npe ni dyneins lọ si ọna ajẹkù odi, lakoko ti awọn kinesin n gbe ni ọna idakeji. Ṣeun si agbara ti a tu silẹ lati didenukole ti ATP, awọn apẹrẹ ti awọn ọlọjẹ ti nrin (ti a tun mọ ni motor tabi awọn ọlọjẹ gbigbe) yipada ninu awọn iyipo, ti o jẹ ki wọn gbe bi pepeye kọja oju awọn microtubules. Molecules ti wa ni ipese pẹlu amuaradagba “o tẹle”, si opin eyiti moleku nla miiran tabi o ti nkuta ti o kun pẹlu awọn ọja egbin le duro. Gbogbo eyi dabi roboti kan, eyiti, fifẹ, fa balloon kan nipasẹ okun kan. Awọn ọlọjẹ yiyi gbe awọn nkan pataki lọ si awọn aye to tọ ninu sẹẹli ati gbe awọn paati inu rẹ.

Fere gbogbo awọn aati ti o waye ninu sẹẹli ni iṣakoso nipasẹ awọn enzymu, laisi eyiti awọn ayipada wọnyi yoo fẹrẹ ṣẹlẹ rara. Awọn ensaemusi jẹ awọn oludasiṣẹ ti o ṣiṣẹ bi awọn ẹrọ amọja lati ṣe ohun kan (ni igbagbogbo wọn mu iyara kan pato). Wọn mu awọn sobusitireti ti iyipada, ṣeto wọn ni deede si ara wọn, ati lẹhin opin ilana wọn tu awọn ọja naa silẹ ati bẹrẹ ṣiṣẹ lẹẹkansi. Ijọpọ pẹlu roboti ile-iṣẹ ti n ṣe awọn iṣe atunwi ailopin jẹ ootọ ni pipe.

Awọn molikula ti awọn ti ngbe agbara intracellular ti wa ni akoso bi nipasẹ-ọja ti onka awọn aati kemikali. Sibẹsibẹ, orisun akọkọ ti ATP jẹ iṣẹ ti ẹrọ eka ti o pọ julọ ti sẹẹli - ATP synthase. Nọmba ti o tobi julọ ti awọn ohun elo ti henensiamu yii wa ninu mitochondria, eyiti o ṣiṣẹ bi “awọn ohun ọgbin agbara”.

ATP synthase - oke: ti o wa titi apa

ni awo ilu, wakọ ọpa, lodidi ajeku

fun ATP kolaginni

Ninu ilana ti ifoyina ti ibi, awọn ions hydrogen ni a gbe lati inu awọn apakan kọọkan ti mitochondria si ita, eyiti o ṣẹda gradient wọn (iyatọ ifọkansi) ni ẹgbẹ mejeeji ti awọ ara mitochondrial. Ipo yii jẹ riru ati pe ifarahan adayeba wa fun awọn ifọkansi lati dọgbadọgba, eyiti o jẹ ohun ti ATP synthase gba anfani ti. Enzymu naa ni ọpọlọpọ gbigbe ati awọn ẹya ti o wa titi. Ajeku pẹlu awọn ikanni ti wa ni ipilẹ ninu awo ilu, nipasẹ eyiti awọn ions hydrogen lati inu agbegbe le wọ inu mitochondria. Awọn iyipada igbekalẹ ti o ṣẹlẹ nipasẹ gbigbe wọn n yi apakan miiran ti henensiamu - eroja elongated ti o ṣe bi ọpa awakọ. Ni opin miiran ti ọpa, inu mitochondria, apakan miiran ti eto naa ti so mọ rẹ. Yiyi ọpa naa fa iyipo ti ajẹkù ti inu, eyiti, ni diẹ ninu awọn ipo rẹ, awọn sobusitireti ti ifarabalẹ ti ATP ti wa ni asopọ, ati lẹhinna, ni awọn ipo miiran ti ẹrọ iyipo, agbo-agbara agbara-giga ti o ṣetan. . tu silẹ.

Ati ni akoko yii ko nira lati wa afiwe ninu agbaye ti imọ-ẹrọ eniyan. O kan ina monomono. Ṣiṣan ti awọn ions hydrogen jẹ ki awọn eroja gbe inu moto molikula ti a ko le gbe ninu awọ ara, bi awọn abẹfẹlẹ ti turbine ti o nfa nipasẹ ṣiṣan omi oru. Ọpa naa n gbe awakọ lọ si eto iran ATP gangan. Bii ọpọlọpọ awọn enzymu, synthase tun le ṣiṣẹ ni itọsọna miiran ati fọ ATP. Ilana yii ṣeto ni išipopada motor ti inu eyiti o wakọ awọn apakan gbigbe ti ajẹku awo ilu nipasẹ ọpa kan. Eyi, ni ọna, nyorisi fifa jade ti awọn ions hydrogen lati mitochondria. Nitorina, fifa soke ti wa ni itanna. Molecular iyanu ti iseda.

Lori aala…

Laarin sẹẹli ati agbegbe ni awo sẹẹli ti o yapa ilana inu lati rudurudu ti agbaye ita. O ni ipele ilọpo meji ti awọn ohun elo, pẹlu awọn ẹya hydrophilic (“ifẹ-omi”) awọn ẹya ita ati awọn ẹya hydrophobic (“omi yago fun”) si ara wọn. Ara ilu tun ni ọpọlọpọ awọn ohun elo amuaradagba. Ara ni lati wa si olubasọrọ pẹlu agbegbe: fa awọn nkan ti o nilo ati tu egbin silẹ. Diẹ ninu awọn agbo ogun kemikali pẹlu awọn ohun elo kekere (fun apẹẹrẹ, omi) le kọja nipasẹ awọ ara ilu ni awọn itọnisọna mejeeji ni ibamu si itọsi ifọkansi. Itankale ti awọn miiran nira, ati pe sẹẹli funrararẹ n ṣe ilana gbigba wọn. Siwaju sii, awọn ẹrọ cellular ti wa ni lilo fun gbigbe - conveyors ati awọn ikanni ion.

Awọn conveyor di ion tabi moleku ati ki o si gbe pẹlu ti o si awọn miiran apa ti awọn awo ilu (nigbati awọn awo ara jẹ kekere) tabi - nigbati o koja nipasẹ awọn gbogbo awo-nrin awọn ti gba patiku ati ki o tu ni awọn miiran opin. Nitoribẹẹ, awọn ẹrọ gbigbe ṣiṣẹ ni awọn ọna mejeeji ati pe “finicky” pupọ - wọn nigbagbogbo gbe iru nkan kan nikan. Awọn ikanni Ion ṣe afihan ipa iṣẹ ti o jọra, ṣugbọn ẹrọ ti o yatọ. Wọn le ṣe afiwe si àlẹmọ. Gbigbe nipasẹ awọn ikanni ion ni gbogbogbo tẹle itọsi ifọkansi kan (ti o ga si awọn ifọkansi ion kekere titi ti wọn yoo fi parẹ). Ni ida keji, awọn ilana intracellular ṣe ilana šiši ati pipade awọn ọna. Awọn ikanni ion tun ṣe afihan yiyan giga fun awọn patikulu lati kọja.

Ion ikanni (osi) ati pipelines ni isẹ

Flagellum kokoro-arun jẹ ẹrọ awakọ otitọ

Ẹrọ molikula miiran ti o nifẹ si wa ninu awo sẹẹli - awakọ flagellum, eyiti o ṣe idaniloju gbigbe ti nṣiṣe lọwọ ti awọn kokoro arun. Eyi jẹ ẹrọ amuaradagba ti o ni awọn ẹya meji: apakan ti o wa titi (stator) ati apakan yiyi (rotor). Gbigbe jẹ ṣẹlẹ nipasẹ sisan ti awọn ions hydrogen lati inu awọ ara sinu sẹẹli. Wọn tẹ ikanni naa ni stator ati siwaju sii sinu apa ti o jinna, eyiti o wa ninu ẹrọ iyipo. Lati wọ inu sẹẹli, awọn ions hydrogen gbọdọ wa ọna wọn si apakan atẹle ti ikanni, eyiti o tun wa ni stator. Sibẹsibẹ, awọn ẹrọ iyipo gbọdọ yiyi ni ibere fun awọn ikanni lati converge. Ipari ti rotor, ti o jade ni ikọja agọ ẹyẹ, ti tẹ, asia ti o ni irọrun ti a so mọ ọ, ti o yiyi bi ọkọ ayọkẹlẹ ọkọ ofurufu.

Mo gbagbọ pe eyi ti o jẹ dandan finifini Akopọ ti ẹrọ cellular yoo jẹ ki o han gbangba pe awọn aṣa ti o bori ti awọn o ṣẹgun Ebun Nobel, laisi idinku ninu awọn aṣeyọri wọn, tun jina si pipe ti awọn ẹda ti itankalẹ.