የሕዋስ ማሽኖች

እ.ኤ.አ. በ 2016 በኬሚስትሪ የኖቤል ሽልማት ለአስደናቂ ስኬት ተሸልሟል - እንደ ሜካኒካል መሳሪያዎች የሚሰሩ ሞለኪውሎች ውህደት። ይሁን እንጂ ጥቃቅን ማሽኖችን የመፍጠር ሀሳብ የሰው ልጅ የመጀመሪያ ሀሳብ ነው ሊባል አይችልም. እና በዚህ ጊዜ ተፈጥሮ መጀመሪያ ነበር.

የተሸለሙት ሞለኪውላር ማሽኖች (ስለእነሱ በጥር እትም ከኤምቲኤ እትም ላይ ስለእነሱ የበለጠ) ወደ አዲስ ቴክኖሎጂ በቅርቡ ህይወታችንን ሊለውጥ የሚችል የመጀመሪያ እርምጃ ናቸው። ነገር ግን የሁሉም ሕያዋን ፍጥረታት አካላት ሴሎች በብቃት እንዲሠሩ በሚያደርጉ ናኖሚካላዊ ዘዴዎች የተሞሉ ናቸው።

መሃል ላይ…

... ሴሎች ኒውክሊየስ ይይዛሉ, እና የጄኔቲክ መረጃዎች በውስጡ ይከማቻሉ (ባክቴሪያዎች የተለየ ኒውክሊየስ የላቸውም). የዲ ኤን ኤ ሞለኪውል ራሱ አስደናቂ ነው - ከ 6 ቢሊዮን በላይ ንጥረ ነገሮችን (ኑክሊዮታይድ: ናይትሮጅን መሠረት + ዲኦክሲራይቦዝ ስኳር + ፎስፈረስ አሲድ ቅሪት) በአጠቃላይ 2 ሜትር ርዝመት ያላቸውን ክሮች ይፈጥራል። እናም እኛ በዚህ ረገድ ሻምፒዮን አይደለንም ፣ ምክንያቱም ዲ ኤን ኤ በመቶ ቢሊዮን የሚቆጠሩ ኑክሊዮታይድ ያቀፈ ፍጥረታት አሉ። እንዲህ ያለው ግዙፍ ሞለኪውል በኒውክሊየስ ውስጥ እንዲገባ፣ ለዓይን የማይታይ፣ የዲ ኤን ኤ ክሮች አንድ ላይ ተጣምመው ወደ ሄሊክስ (ድርብ ሄሊክስ) ይጣመራሉ እና ሂስቶን በሚባሉ ልዩ ፕሮቲኖች ይጠቀለላሉ። ህዋሱ ከዚህ ዳታቤዝ ጋር ለመስራት ልዩ የማሽኖች ስብስብ አለው።

በዲ ኤን ኤ ውስጥ የሚገኘውን መረጃ ያለማቋረጥ መጠቀም አለቦት፡ አሁን ለሚፈልጓቸው ፕሮቲኖች ኮድ የሚወስዱትን ቅደም ተከተሎች አንብብ (ግልባጭ) እና ህዋሱን ለመከፋፈል ከጊዜ ወደ ጊዜ አጠቃላይ ዳታቤዙን ይቅዱ። እያንዳንዳቸው እነዚህ እርምጃዎች የኑክሊዮታይድ ሄሊክስን መዘርጋት ያካትታሉ። ለዚህ ተግባር, ሄሊኬዝ ኢንዛይም ጥቅም ላይ ይውላል, እሱም በመጠምዘዝ ውስጥ ይንቀሳቀሳል እና - ልክ እንደ ሽብልቅ - ወደ ተለያዩ ክሮች ይከፍላል (ይህ ሁሉ መብረቅን ይመስላል). ኢንዛይሙ የሚሠራው የሕዋስ ሁለንተናዊ ኃይል ተሸካሚ - ATP (adenosine triphosphate) በመበላሸቱ ምክንያት በሚወጣው ኃይል ምክንያት ነው።

የ ATP ሞለኪውል ሞዴል. የፎስፌት ቅሪቶች (በስተግራ) መያያዝ እና ማላቀቅ በሴሉላር ኬሚካላዊ ግብረመልሶች ውስጥ የኃይል ልውውጥን ያቀርባል።

አሁን አር ኤን ኤ ፖሊመሬሴ የሚያደርገውን የሰንሰለት ቁርጥራጮችን መቅዳት መጀመር ትችላለህ፣ እንዲሁም በኤቲፒ ውስጥ ባለው ሃይል የሚመራ። ኢንዛይሙ በዲኤንኤው ገመድ ላይ ይንቀሳቀሳል እና አር ኤን ኤ (ስኳር፣ ራይቦዝ ከዲኦክሲራይቦዝ ይልቅ የያዘ) ክልል ይፈጥራል፣ እሱም ፕሮቲኖች የሚዋሃዱበት አብነት ነው። በውጤቱም, ዲ ኤን ኤ ተጠብቆ ይቆያል (ያለማቋረጥ መፈታታት እና ቁርጥራጮችን ከማንበብ), እና በተጨማሪ, ፕሮቲኖች በኒውክሊየስ ውስጥ ብቻ ሳይሆን በመላው ሕዋስ ውስጥ ሊፈጠሩ ይችላሉ.

ከስህተት የፀዳ ቅጂ በዲኤንኤ ፖሊሜሬሴ የቀረበ ነው፣ እሱም ከአር ኤን ኤ ፖሊመሬሴ ጋር ተመሳሳይ ነው። ኢንዛይሙ በክርው ላይ ይንቀሳቀሳል እና አቻውን ይገነባል። የዚህ ኢንዛይም ሌላ ሞለኪውል በሁለተኛው ፈትል ላይ ሲንቀሳቀስ ውጤቱ ሁለት ሙሉ የዲ ኤን ኤ ክሮች ነው. ኢንዛይሙ መቅዳት ለመጀመር፣ ቁርጥራጮችን አንድ ላይ ለማያያዝ እና አላስፈላጊ የመለጠጥ ምልክቶችን ለማስወገድ ጥቂት “ረዳቶች” ያስፈልገዋል። ይሁን እንጂ ዲ ኤን ኤ ፖሊሜሬዝ "የማምረቻ ጉድለት" አለው. በአንድ አቅጣጫ ብቻ ሊንቀሳቀስ ይችላል. ማባዛት ትክክለኛው ቅጂ የሚጀምረው ጀማሪ የሚባል ነገር መፍጠርን ይጠይቃል። አንዴ ከተጠናቀቀ በኋላ, ፕሪመርዎቹ ይወገዳሉ እና, ፖሊሜሬዝ ምንም ምትኬ ስለሌለው, በእያንዳንዱ የዲ ኤን ኤ ቅጂ ያሳጥራል. በክርው ጫፍ ላይ ለየትኛውም ፕሮቲን ኮድ የማይሰጡ ቴሎሜሬስ የሚባሉት የመከላከያ ቁርጥራጮች አሉ. ከተመገቡ በኋላ (በሰዎች ውስጥ, ከ 50 ድግግሞሽ በኋላ), ክሮሞሶሞች አንድ ላይ ተጣብቀው ከስህተት ጋር ይነበባሉ, ይህም የሕዋስ ሞት ወይም ወደ ካንሰርነት ይለወጣል. ስለዚህ የሕይወታችን ጊዜ የሚለካው በቴሎሜሪክ ሰዓት ነው።

ዲኤንኤ መቅዳት አብሮ ለመስራት ብዙ ኢንዛይሞችን ይፈልጋል።

የዲኤንኤ መጠን ያለው ሞለኪውል ለዘለቄታው ይጎዳል። ሌላው የኢንዛይም ቡድን፣ እንዲሁም እንደ ልዩ ማሽኖች የሚሰራ፣ መላ ፍለጋን ይመለከታል። የእነሱ ሚና ማብራሪያ የ2015 የኬሚስትሪ ሽልማት ተሸልሟል (ለበለጠ መረጃ የጃኑዋሪ 2016 ጽሁፍን ይመልከቱ)።

ውስጥ…

… ሕዋሶች ሳይቶፕላዝም አላቸው - በተለያዩ አስፈላጊ ተግባራት የሚሞሉ አካላት እገዳ። መላው ሳይቶፕላዝም የሳይቶስክሌቶንን በሚያካትት የፕሮቲን ውህዶች መረብ ተሸፍኗል። የተዋዋሉት ማይክሮፋይበር ህዋሱ ቅርፁን እንዲቀይር ያስችለዋል, ይህም በውስጡ የውስጥ ብልቶችን እንዲጎተት እና እንዲንቀሳቀስ ያስችለዋል. ሳይቲስኬልተንም ማይክሮቱቡሎችን ያጠቃልላል, ማለትም. ከፕሮቲኖች የተሠሩ ቱቦዎች. እነዚህ ትክክለኛ ግትር ንጥረ ነገሮች ናቸው (የተቦረቦረ ቱቦ ሁል ጊዜ ከአንድ ተመሳሳይ ዲያሜትር ካለው ነጠላ ዘንግ የበለጠ ጠንካራ ነው) ሴል ይመሰርታሉ ፣ እና አንዳንድ በጣም ያልተለመዱ ሞለኪውላዊ ማሽኖች ከእነሱ ጋር ይንቀሳቀሳሉ - ፕሮቲኖች በእግር የሚራመዱ (በጥሬው!)።

ማይክሮቱቡሎች በኤሌክትሪክ የተሞሉ ጫፎች አሏቸው። ዳይኒን የሚባሉት ፕሮቲኖች ወደ አሉታዊ ቁርጥራጭ ይንቀሳቀሳሉ, ኪኔንስ ደግሞ በተቃራኒው ይንቀሳቀሳሉ. ከኤቲፒ ብልሽት ለተለቀቀው ሃይል ምስጋና ይግባውና የመራመጃ ፕሮቲኖች ቅርፅ (ሞተር ወይም ትራንስፖርት ፕሮቲኖች በመባልም ይታወቃል) በዑደት ውስጥ ስለሚቀያየር እንደ ዳክዬ በማይክሮ ቲዩቡልስ ወለል ላይ እንዲንቀሳቀሱ ያስችላቸዋል። ሞለኪውሎች በፕሮቲን "ክር" የታጠቁ ናቸው, እስከ መጨረሻው ድረስ ሌላ ትልቅ ሞለኪውል ወይም በቆሻሻ ምርቶች የተሞላ አረፋ ሊጣበቅ ይችላል. ይህ ሁሉ ከሮቦት ጋር ይመሳሰላል, እሱም እየተወዛወዘ, ፊኛን በገመድ ይጎትታል. ሮሊንግ ፕሮቲኖች አስፈላጊ የሆኑትን ንጥረ ነገሮች በሴሉ ውስጥ ወደ ትክክለኛው ቦታ ያጓጉዛሉ እና ውስጣዊ ክፍሎቹን ያንቀሳቅሳሉ.

በሴል ውስጥ የሚከሰቱ ሁሉም ግብረመልሶች የሚቆጣጠሩት ኢንዛይሞች ናቸው፣ ያለዚያ እነዚህ ለውጦች በጭራሽ አይከሰቱም ነበር። ኢንዛይሞች አንድ ነገር ለማድረግ እንደ ልዩ ማሽኖች የሚሰሩ ማነቃቂያዎች ናቸው (ብዙውን ጊዜ አንድ የተለየ ምላሽ ብቻ ያፋጥኑታል)። የትራንስፎርሜሽን ንጣፎችን ይይዛሉ, እርስ በእርሳቸው በትክክል ይደረደራሉ, እና ከሂደቱ ማብቂያ በኋላ ምርቶቹን ይለቃሉ እና እንደገና መስራት ይጀምራሉ. ማለቂያ የሌላቸውን ተደጋጋሚ ድርጊቶችን ከሚፈጽም የኢንዱስትሪ ሮቦት ጋር ያለው ግንኙነት ፍፁም እውነት ነው።

የውስጠ-ሴሉላር ኢነርጂ ተሸካሚ ሞለኪውሎች ከተከታታይ ኬሚካላዊ ምላሾች በተገኘ ውጤት ይመሰረታሉ። ይሁን እንጂ ዋናው የ ATP ምንጭ በጣም የተወሳሰበ የሕዋስ አሠራር ሥራ ነው - ATP synthase. የዚህ ኢንዛይም ትልቁ የሞለኪውሎች ብዛት የሚገኘው በ mitochondria ውስጥ ሲሆን ይህም እንደ ሴሉላር "የኃይል ማመንጫዎች" ሆኖ ያገለግላል.

ATP synthase - ከላይ: ቋሚ ክፍል

በገለባው ውስጥ ፣ ድራይቭ ዘንግ ፣ ኃላፊነት የሚሰማው ቁርጥራጭ

ለ ATP ውህደት

ባዮሎጂያዊ oxidation ሂደት ውስጥ, ሃይድሮጂን አየኖች mitochondria ያለውን ግለሰብ ክፍሎች ከውስጥ ወደ ውጭ በማጓጓዝ, ይህም ያላቸውን ቅልመት (ማጎሪያ ልዩነት) ማይቶኮንድሪያል ሽፋን በሁለቱም በኩል ይፈጥራል. ይህ ሁኔታ ያልተረጋጋ ነው እና የመሰብሰቢያዎች እኩልነት ተፈጥሯዊ ዝንባሌ አለ, ይህም ATP synthase የሚጠቀመው ነው. ኢንዛይሙ በርካታ ተንቀሳቃሽ እና ቋሚ ክፍሎችን ያካትታል. ከሰርጦች ጋር ያለው ቁርጥራጭ በገለባው ውስጥ ተስተካክሏል ፣ በዚህም ከአካባቢው የሚመጡ ሃይድሮጂን ionዎች ወደ ሚቶኮንድሪያ ውስጥ ዘልቀው ሊገቡ ይችላሉ። በእንቅስቃሴያቸው ምክንያት የሚከሰቱ መዋቅራዊ ለውጦች የኢንዛይም ሌላ ክፍል ይሽከረከራሉ - እንደ ድራይቭ ዘንግ ሆኖ የሚያገለግል ረዥም ንጥረ ነገር። በሌላኛው የዱላ ጫፍ, በ mitochondion ውስጥ, ሌላ የስርዓቱ ቁራጭ ከእሱ ጋር ተያይዟል. የዛፉ መዞር የውስጣዊው ክፍልፋዮች መዞርን ያመጣል, ይህም በአንዳንድ ቦታዎች - የ ATP-forming ምላሽ substrates ተያይዟል, እና ከዚያም - በሌሎች የ rotor ቦታዎች - የተጠናቀቀው ከፍተኛ ኃይል ያለው ውህድ. ተለቋል።

እና በዚህ ጊዜ በሰው ቴክኖሎጂ ዓለም ውስጥ ተመሳሳይነት ለማግኘት አስቸጋሪ አይደለም. የኤሌክትሪክ ኃይል ማመንጫ ብቻ. የሃይድሮጂን አየኖች ፍሰት ንጥረ ነገሮቹ በውሃ ተን እንደሚነዱ እንደ ተርባይን ቢላዎች በሞለኪውላር ሞተር ውስጥ እንዲንቀሳቀሱ ያደርጋል። ዘንግ ድራይቭን ወደ ትክክለኛው የ ATP ትውልድ ስርዓት ያስተላልፋል። ልክ እንደ አብዛኞቹ ኢንዛይሞች፣ ሲንታሴስ በሌላ አቅጣጫ ሊሠራ እና ኤቲፒን ሊሰብር ይችላል። ይህ ሂደት የሚንቀሳቀሰውን የሜምቡል ቁርጥራጭ ተንቀሳቃሽ ክፍሎችን በዘንግ ውስጥ የሚያንቀሳቅስ ውስጣዊ ሞተርን ያንቀሳቅሳል። ይህ ደግሞ ከሚቶኮንድሪያ ውስጥ የሃይድሮጂን ions ወደ ውስጥ እንዲወጣ ያደርገዋል. ስለዚህ, ፓምፑ በኤሌክትሪክ ይንቀሳቀሳል. የተፈጥሮ ሞለኪውላዊ ተአምር.

ወደ ድንበር...

... በሴል እና በአከባቢው መካከል የውስጥ ስርዓትን ከውጭው ዓለም ትርምስ የሚለይ የሴል ሽፋን አለ. የሃይድሮፊሊክ ("ውሃ አፍቃሪ") ክፍሎች ወደ ውጭ እና ሃይድሮፎቢክ ("ውሃ የማይበላሽ") ክፍሎች ያሉት ሁለት ሞለኪውሎች ንብርብር ያካትታል። ሽፋኑ ብዙ የፕሮቲን ሞለኪውሎችን ይይዛል. ሰውነት ከአካባቢው ጋር መገናኘት አለበት: የሚፈልጓቸውን ንጥረ ነገሮች ይምጡ እና ቆሻሻን ይለቀቁ. ትናንሽ ሞለኪውሎች (ለምሳሌ ውሃ) ያላቸው አንዳንድ ኬሚካላዊ ውህዶች በማጎሪያው ቅልመት መሰረት በሁለቱም አቅጣጫዎች በገለባው በኩል ሊያልፉ ይችላሉ። የሌሎችን ስርጭት አስቸጋሪ ነው, እና ሴል ራሱ መምጠጥን ይቆጣጠራል. በተጨማሪም ሴሉላር ማሽኖች ለማሰራጨት ጥቅም ላይ ይውላሉ - ማጓጓዣዎች እና ion ሰርጦች.

ማጓጓዣው ion ወይም ሞለኪውልን ያስራል ከዚያም ከእሱ ጋር ወደ ሌላኛው የሽፋኑ ክፍል ይንቀሳቀሳል (ሽፋኑ ራሱ ትንሽ በሚሆንበት ጊዜ) ወይም - በጠቅላላው ሽፋን ውስጥ ሲያልፍ - የተሰበሰበውን ቅንጣት በማንቀሳቀስ በሌላኛው ጫፍ ላይ ይለቀቃል. እርግጥ ነው, ማጓጓዣዎች በሁለቱም መንገድ ይሠራሉ እና በጣም "ደካማ" ናቸው - ብዙውን ጊዜ አንድ ዓይነት ንጥረ ነገር ብቻ ያጓጉዛሉ. Ion ሰርጦች ተመሳሳይ የስራ ውጤት ያሳያሉ, ግን የተለየ ዘዴ. ከማጣሪያ ጋር ሊመሳሰሉ ይችላሉ. በአዮን ቻናሎች ማጓጓዝ በአጠቃላይ የማጎሪያ ቅልጥፍናን ይከተላል (ከከፍተኛ እስከ ዝቅተኛ የ ion ውህዶች ደረጃ እስኪደርሱ ድረስ)። በሌላ በኩል የውስጠ-ህዋስ ዘዴዎች የመተላለፊያ መንገዶችን መክፈት እና መዝጋትን ይቆጣጠራሉ. የ ion ቻናሎች እንዲሁ ቅንጣቶች ለማለፍ ከፍተኛ ምርጫን ያሳያሉ።

Ion ሰርጥ (በግራ) እና የቧንቧ መስመሮች በስራ ላይ

የባክቴሪያ ፍላጀለም እውነተኛ የመንዳት ዘዴ ነው።

በሴል ሽፋን ውስጥ ሌላ ትኩረት የሚስብ ሞለኪውላዊ ማሽን አለ - የፍላጀለም ድራይቭ , ይህም የባክቴሪያዎችን ንቁ ​​እንቅስቃሴ ያረጋግጣል. ይህ ሁለት ክፍሎች ያሉት የፕሮቲን ሞተር ነው-ቋሚ ክፍል (stator) እና የሚሽከረከር ክፍል (rotor)። እንቅስቃሴው የሚከሰተው ከሽፋኑ ወደ ሴል ውስጥ በሚገቡት የሃይድሮጂን ions ፍሰት ነው. በ stator ውስጥ ያለውን ሰርጥ እና ተጨማሪ ወደ በሩቅ ክፍል ውስጥ ይገባሉ, ይህም በ rotor ውስጥ ይገኛል. ወደ ሴል ውስጥ ለመግባት, የሃይድሮጂን ions ወደ ቀጣዩ የሰርጡ ክፍል, እንደገና በ stator ውስጥ መንገዱን ማግኘት አለባቸው. ነገር ግን ሰርጦቹ እንዲሰባሰቡ የ rotor መሽከርከር አለበት። የ rotor መጨረሻ ፣ ከቤቱ ውጭ ወጣ ፣ ጥምዝ ፣ ተጣጣፊ ፍላጀለም ተያይዟል ፣ እንደ ሄሊኮፕተር ፕሮፖዛል ይሽከረከራል።

ይህ የግድ አጭር የተንቀሳቃሽ ስልክ ዘዴ አጠቃላይ እይታ የኖቤል ተሸላሚዎች አሸናፊ ዲዛይኖች ከስኬታቸው ሳይቀንስ አሁንም ከዝግመተ ለውጥ ፍጥረታት ፍፁምነት የራቁ መሆናቸውን ግልፅ ያደርገዋል ብዬ አምናለሁ።