Meaisíní cille
In 2016, bronnadh an Duais Nobel sa Cheimic as éacht suntasach - sintéis na móilíní a fheidhmíonn mar fheistí meicniúla. Mar sin féin, ní féidir a rá gur smaoineamh daonna bunaidh é an smaoineamh meaisíní mionsamhla a chruthú. Agus an uair seo bhí nádúr ar dtús.
Is iad na meaisíní móilíneacha a bronnadh (tuilleadh orthu san alt ó eagrán Eanáir MT) an chéad chéim i dtreo teicneolaíochta nua a d'fhéadfadh ár saol a iompú bun os cionn go luath. Ach tá comhlachtaí na n-orgánach beo go léir lán de mheicníochtaí nanascála a choimeádann cealla ag feidhmiú go héifeachtach.
I lár…
... tá núicléas sna cealla, agus stóráiltear faisnéis ghéiniteach ann (níl núicléas ar leith ag na baictéir). Tá an móilín DNA féin iontach - tá sé comhdhéanta de níos mó ná 6 billiún eilimint (núicléatídí: bonn nítrigineach + siúcra deocsairibóis + iarmhar aigéad fosfarach), ag foirmiú snáitheanna le fad iomlán de thart ar 2 mhéadar. Agus ní Seaimpíní muid maidir leis seo, toisc go bhfuil orgánaigh ann a bhfuil a DNA comhdhéanta de na céadta billiúin núicléatídí. Ionas go n-oirfeadh móilín ollmhór den sórt sin sa núicléas, dofheicthe don tsúil nocht, castar snáitheanna DNA le chéile ina héilics (helix dúbailte) agus filltetar timpeall ar phróitéiní speisialta ar a dtugtar histones. Tá sraith speisialta meaisíní ag an gcill chun oibriú leis an mbunachar sonraí seo.
Ní mór duit an fhaisnéis atá in DNA a úsáid i gcónaí: léigh na seichimh a chódaíonn na próitéiní atá uait faoi láthair (trascríobh), agus cóipeáil an bunachar sonraí iomlán ó am go chéile chun an chill a roinnt (macasamhlú). Baineann gach ceann de na céimeanna seo le héilics na núicléatídí a réiteach. Don ghníomhaíocht seo, úsáidtear an einsím héileacaptair, a ghluaiseann i bíseach agus - cosúil le ding - a roinnt ina snáitheanna ar leith (tá sé seo go léir cosúil le tintreach). Oibríonn an einsím mar gheall ar an bhfuinneamh a scaoiltear mar thoradh ar bhriseadh iompróir fuinnimh uilíoch na cille - ATP (triphosphate adenosine).
Múnla den mhóilín ATP. Soláthraíonn greamú agus dícheangal iarmhair fosfáit (ar chlé) malartú fuinnimh in imoibrithe ceimiceacha ceallacha.
Anois is féidir leat blúirí slabhra a chóipeáil, rud a dhéanann RNA polymerase, atá tiomáinte freisin ag an bhfuinneamh atá in ATP. Gluaiseann an einsím feadh an tsnáithe DNA agus cruthaíonn sí réigiún RNA (ina bhfuil siúcra, ribóis in ionad déocsairibóis), arb é an teimpléad ar a ndéantar próitéiní a shintéisiú. Mar thoradh air sin, caomhnaítear DNA (a sheachnaíonn réiteach leanúnach agus léamh blúirí), agus, ina theannta sin, is féidir próitéiní a chruthú ar fud na cille, ní hamháin sa núicléas.
Soláthraíonn DNA polymerase cóip nach mór saor ó earráidí, a fheidhmíonn mar an gcéanna le RNA polymerase. Gluaiseann an einsím feadh an tsnáithe agus tógann sí a macasamhail. Nuair a ghluaiseann móilín eile den einsím seo feadh an dara snáithe, is é an toradh ná dhá shnáithe iomlána DNA. Tá roinnt "cúntóirí" ag teastáil ón einsím chun tús a chur le cóipeáil, blúirí a cheangal le chéile, agus marcanna stráice neamhriachtanach a bhaint. Mar sin féin, tá "locht déantúsaíochta" ag DNA polymerase. Ní féidir leis ach bogadh i dtreo amháin. Éilíonn macasamhlú go gcruthófar tosaitheoir mar a thugtar air, óna gcuirtear tús leis an gcóipeáil iarbhír. Nuair a bheidh siad críochnaithe, baintear na primers agus, ós rud é nach bhfuil aon chúltaca ag an polaiméaráis, giorraíonn sé le gach cóip DNA. Ag foircinn na snáithe tá blúirí cosanta ar a dtugtar telomeres nach gcódaíonn aon phróitéiní. Tar éis iad a ithe (i ndaoine, tar éis thart ar 50 athrá), greamaíonn na crómasóim le chéile agus léitear iad le hearráidí, rud a fhágann bás cille nó a chlaochlú ina chlaochlú ailse. Mar sin, déantar am ár saol a thomhas leis an gclog telomeric.
Éilíonn cóipeáil DNA go leor einsímí chun oibriú le chéile.
Déantar damáiste buan do mhóilín DNA-mhéid. Déileálann grúpa eile einsímí, a fheidhmíonn freisin mar mheaisíní speisialaithe, le fabhtcheartú. Bronnadh Duais na Ceimice 2015 ar a ról (le haghaidh tuilleadh eolais féach alt Eanáir 2016).
Laistigh…
... tá cíteaplasma ag cealla - fionraí comhpháirteanna a líonann feidhmeanna ríthábhachtacha éagsúla iad. Tá an cíteaplasma ar fad clúdaithe le líonra de struchtúir próitéine a dhéanann suas an cíteascóp. Ligeann na microfibers conarthacha don chill a cruth a athrú, rud a ligeann di a horgáin inmheánacha a chraobháil agus a bhogadh. Áiríonn an cítea-chnámharlach micreictiúbáin freisin, i.e. feadáin déanta as próitéiní. Is gnéithe measartha docht iad seo (tá feadán log níos déine i gcónaí ná slat amháin den trastomhas céanna) a fhoirmíonn cill, agus bogann cuid de na meaisíní móilíneacha is neamhghnách orthu - próitéiní siúil (go litriúil!).
Tá foircinn luchtaithe leictrithe ag micrfhiúbáin. Gluaiseann próitéiní ar a dtugtar dinéiní i dtreo na blúire diúltach, agus bogann kinesins sa treo eile. A bhuíochas leis an bhfuinneamh a scaoiltear ó mhiondealú ATP, athraíonn cruth na bpróitéiní siúil (ar a dtugtar próitéiní mótair nó iompair freisin) i dtimthriallta, rud a ligeann dóibh bogadh cosúil le lacha thar dhromchla na microtubules. Tá "snáithe" próitéin feistithe ag móilíní, ar féidir le móilín mór eile nó mboilgeog atá líonta le táirgí dramhaíola cloí go dtí deireadh. Tá sé seo go léir cosúil le róbat, a tharraingíonn, ag luascadh, balún le sreang. Iompraíonn próitéiní rollta na substaintí is gá go dtí na háiteanna cearta sa chill agus bogann siad a gcomhpháirteanna inmheánacha.
Tá beagnach gach imoibriú a tharlaíonn sa chill á rialú ag einsímí, agus gan na hathruithe seo ní bheadh beagnach riamh ann. Is catalaíoch iad einsímí a fheidhmíonn mar mheaisíní speisialaithe chun rud amháin a dhéanamh (go minic ní luasaíonn siad ach imoibriú ar leith amháin). Gabhann siad foshraitheanna an chlaochlaithe, socraíonn siad iad go cuí dá chéile, agus tar éis dheireadh an phróisis scaoileann siad na táirgí agus tosaíonn siad ag obair arís. Is fíor go bhfuil baint aige le róbat tionsclaíoch a dhéanann gníomhartha athchleachtach gan stad.
Cruthaítear móilíní an iompróra fuinnimh incheallach mar fhotháirge de shraith imoibrithe ceimiceacha. Mar sin féin, is é príomhfhoinse ATP obair an mheicníocht is casta den chill - ATP synthase. Tá an líon is mó móilíní den einsím seo suite sna mitochondria, a fheidhmíonn mar "gléasraí cumhachta" ceallacha.
ATP synthase - barr: cuid seasta
sa membrane, seafta tiomáint, blúire freagrach
le haghaidh sintéise ATP
Sa phróiseas ocsaídiúcháin bhitheolaíoch, iompraítear hiain hidrigine ón taobh istigh de ranna aonair de na mitochondria go dtí an taobh amuigh, rud a chruthaíonn a n-ghrádán (difríocht tiúchan) ar an dá thaobh den membrane mitochondrial. Tá an staid seo éagobhsaí agus tá claonadh nádúrtha ann go ndéanfaí comhchruinnithe a chothromú, agus is é sin an buntáiste a bhaineann ATP synthase. Tá an einsím comhdhéanta de roinnt páirteanna gluaisteacha agus seasta. Socraítear blúire le cainéil sa scannán, trínar féidir le hiain hidrigine ón timpeallacht dul isteach sna miteacoindria. Rothlaíonn athruithe struchtúracha de bharr a ngluaiseachta cuid eile den einsím - eilimint fhadaithe a fheidhmíonn mar sheafta tiomána. Ag ceann eile an tslat, taobh istigh den mitochondrion, tá píosa eile den chóras ceangailte leis. Is é is cúis le rothlú an seafta ná rothlú an bhlúire inmheánaigh, a bhfuil, i gcuid de na suíomhanna, foshraitheanna den imoibriú foirmithe ATP ceangailte leis, agus ansin, i suíomhanna eile den rotor, cumaisc ardfhuinnimh réamhdhéanta. . scaoileadh.
Agus an uair seo níl sé deacair analaí a fháil i saol na teicneolaíochta daonna. Gineadóir leictreachais amháin. Mar thoradh ar shreabhadh na n-ian hidrigine bogann na heilimintí taobh istigh den mhótar móilíneach díluailithe sa scannán, cosúil le lanna tuirbín atá á dtiomáint ag sruth gal uisce. Aistríonn an seafta an tiomáint chuig an gcóras giniúna ATP iarbhír. Cosúil le formhór na n-einsímí, is féidir le synthase gníomhú sa treo eile agus ATP a bhriseadh síos. Cuireann an próiseas seo mótar inmheánach ag gluaiseacht a thiomáineann na codanna gluaisteacha den phíosa scannáin trí sheafta. Mar thoradh air seo, ina dhiaidh sin, déantar iain hidrigine a phumpáil as na miteacoindria. Mar sin, tá an caidéal tiomáinte go leictreach. Míorúilt mhóilíneach an dúlra.
Ar an teorainn…
... Idir an chill agus an timpeallacht tá membrane cille a scarann an t-ordú inmheánach ó chaos an domhain sheachtraigh. Tá sé comhdhéanta de shraith dhúbailte móilíní, leis na codanna hidreafaileacha ("uisce-ghrámhar") amach agus na codanna hidreafóbach ("seachain uisce") i dtreo a chéile. Tá go leor móilíní próitéine sa scannán freisin. Caithfidh an corp dul i dteagmháil leis an gcomhshaol: na substaintí a theastaíonn uaidh a ionsú agus dramhaíl a scaoileadh. Is féidir le roinnt comhdhúile ceimiceacha le móilíní beaga (mar shampla, uisce) dul tríd an scannán sa dá threo de réir an grádán tiúchana. Tá sé deacair idirleathadh daoine eile, agus rialaíonn an chill féin a n-ionsú. Thairis sin, úsáidtear meaisíní ceallacha le haghaidh tarchur - iompróirí agus bealaí ian.
Ceanglaíonn an iompair ian nó móilín agus ansin bogann sé leis go dtí an taobh eile den scannán (nuair a bhíonn an scannán féin beag) nó - nuair a théann sé tríd an scannán ar fad - bogann an cáithnín bailithe agus scaoileann sé ag an taobh eile. Ar ndóigh, oibríonn iompróirí an dá bhealach agus tá siad an-"finicky" - is minic nach n-iompraíonn siad ach cineál amháin substainte. Léiríonn bealaí ian éifeacht oibre den chineál céanna, ach meicníocht dhifriúil. Is féidir iad a chur i gcomparáid le scagaire. Go ginearálta leanann iompar trí chainéil ian grádán comhchruinnithe (is airde go dtí tiúchan ian níos ísle go dtí go mbíonn siad cothrom). Ar an láimh eile, rialaíonn meicníochtaí intracellular oscailt agus dúnta pasáistí. Léiríonn na bealaí ian ard-roghnaíocht freisin maidir le cáithníní chun pas a fháil tríd.
Cainéal ian (ar chlé) agus píblínte i bhfeidhm
Is meicníocht tiomána fíor é an flagellum baictéarach
Tá meaisín mhóilíneach suimiúil eile sa membrane cille - an tiomáint flagellum, rud a chinntíonn gluaiseacht gníomhach na baictéir. Is inneall próitéine é seo atá comhdhéanta de dhá chuid: cuid seasta (stator) agus cuid rothlach (rotor). Sreabhadh na n-ian hidrigine ón scannán isteach sa chill is cúis le gluaiseacht. Téann siad isteach sa chainéal sa stator agus níos faide isteach sa chuid distal, atá suite sa rotor. Chun dul isteach sa chill, caithfidh na hiain hidrigine a mbealach a fháil go dtí an chéad chuid eile den chainéal, atá sa statóir arís. Mar sin féin, ní mór an rótar a rothlú ionas go mbeidh na bealaí le chéile. Tá deireadh an rotor, ag brú amach thar an gcliabhán, cuartha, tá flagellum solúbtha ceangailte leis, ag rothlú cosúil le lián héileacaptair.
Creidim go léireoidh an forbhreathnú gairid riachtanach seo ar an meicníocht cheallacha go bhfuil dearaí buaiteacha bhuaiteoirí na Duaise Nobel, gan baint óna n-éachtaí, fós i bhfad ó fhoirfeacht chruthú na héabhlóide.
