Cell tshuab
Xyoo 2016, Nobel nqi zog hauv Chemistry tau txais txiaj ntsig rau qhov kev ua tiav zoo - kev sib txuas ntawm cov molecules uas ua raws li cov cuab yeej siv tshuab. Txawm li cas los xij, nws tsis tuaj yeem hais tias lub tswv yim ntawm kev tsim cov tshuab me me yog lub tswv yim qub tib neeg. Thiab lub sij hawm no xwm yog thawj.
Cov tshuab molecular uas tau txais txiaj ntsig (ntau ntxiv txog lawv hauv tsab xov xwm los ntawm Lub Ib Hlis qhov teeb meem ntawm MT) yog thawj kauj ruam ntawm kev siv tshuab tshiab uas yuav ua rau peb lub neej tsis ntev. Tab sis lub cev ntawm tag nrho cov kab mob nyob yog tag nrho ntawm nanoscale mechanisms uas ua kom cov hlwb ua hauj lwm zoo.
Hauv qhov chaw…
... cov hlwb muaj cov nucleus, thiab cov ntaub ntawv genetic khaws cia rau hauv nws (cov kab mob tsis muaj cov nucleus cais). DNA molecule nws tus kheej yog amazing - nws muaj ntau tshaj li 6 billion lub ntsiab lus (nucleotides: nitrogenous puag + deoxyribose qab zib + phosphoric acid residue), tsim threads nrog ib tug ntev ntawm txog 2 meters. Thiab peb tsis yog tus yeej hauv qhov no, vim tias muaj cov kab mob uas nws DNA muaj ntau pua txhiab tus nucleotides. Nyob rau hauv thiaj li rau xws li ib tug loj molecule kom haum nyob rau hauv lub nucleus, tsis pom ntawm lub qhov muag liab qab, DNA strands yog twisted ua ke rau hauv ib tug helix (ob helix) thiab qhwv ib ncig ntawm tshwj xeeb proteins hu ua histones. Lub xovtooj ntawm tes muaj cov tshuab tshwj xeeb los ua haujlwm nrog cov ntaub ntawv no.
Koj yuav tsum tsis tu ncua siv cov ntaub ntawv muaj nyob rau hauv DNA: nyeem cov sequences uas code rau cov proteins uas koj tam sim no xav tau (transcription), thiab luam tag nrho cov ntaub ntawv los ntawm lub sij hawm mus rau lub sij hawm los faib lub cell (replication). Txhua cov kauj ruam no suav nrog kev tshem tawm cov helix ntawm nucleotides. Rau qhov kev ua no, lub helicase enzyme yog siv, uas txav mus rau hauv ib tug kauv thiab - zoo li ib tug wedge - faib nws mus rau hauv nyias threads (tag nrho cov no zoo li xob laim). Lub enzyme ua haujlwm vim lub zog tso tawm los ntawm kev ua txhaum ntawm lub zog thoob ntiaj teb cov cab kuj ntawm tes - ATP (adenosine triphosphate).
Qauv ntawm ATP molecule. Kev sib txuas thiab tshem tawm ntawm cov phosphate residues (sab laug) muab lub zog pauv hauv cov tshuaj tiv thaiv cellular.
Tam sim no koj tuaj yeem pib luam cov saw fragments, uas RNA polymerase ua, kuj tau tsav los ntawm lub zog muaj nyob hauv ATP. Lub enzyme txav raws DNA strand thiab tsim ib cheeb tsam ntawm RNA (muaj suab thaj, ribose es tsis txhob deoxyribose), uas yog tus qauv ntawm cov proteins uas yog synthesized. Raws li qhov tshwm sim, DNA tau khaws cia (tsis txhob txav mus tas li thiab nyeem cov khoom tawg), thiab, ntxiv rau, cov proteins tuaj yeem tsim thoob plaws hauv lub xovtooj ntawm tes, tsis yog hauv cov nucleus xwb.
Ib daim ntawv yuav luag tsis muaj qhov yuam kev yog muab los ntawm DNA polymerase, uas ua zoo ib yam li RNA polymerase. Lub enzyme txav mus raws cov xov thiab tsim nws cov counterpart. Thaum lwm cov molecule ntawm cov enzyme no txav mus los ntawm txoj hlua thib ob, qhov tshwm sim yog ob qho tag nrho ntawm DNA. Lub enzyme xav tau ob peb "tus pab" los pib luam, khi cov tawg ua ke, thiab tshem tawm cov cim tsis tsim nyog. Txawm li cas los xij, DNA polymerase muaj "kev tsim khoom tsis raug". Nws tsuas tuaj yeem txav mus rau hauv ib qho kev taw qhia xwb. Replication yuav tsum tau tsim ib tug thiaj li hu ua starter, los ntawm qhov tseeb luam pib. Thaum ua tiav, cov primers raug tshem tawm thiab, txij li cov polymerase tsis muaj thaub qab, nws luv nrog txhua daim ntawv DNA. Thaum kawg ntawm cov xov yog cov khoom tiv thaiv hu ua telomeres uas tsis code rau cov proteins. Tom qab lawv noj (hauv tib neeg, tom qab kwv yees li 50 rov ua dua), cov chromosomes lo ua ke thiab nyeem nrog qhov tsis raug, uas ua rau kev tuag ntawm tes los yog nws hloov mus ua mob qog noj ntshav. Yog li, lub sijhawm ntawm peb lub neej yog ntsuas los ntawm lub moos telomeric.
Luam DNA yuav tsum muaj ntau cov enzymes ua haujlwm ua ke.
DNA-loj molecule raug puas tsuaj mus tas li. Lwm pab pawg ntawm cov enzymes, kuj ua raws li cov tshuab tshwj xeeb, cuam tshuam nrog kev daws teeb meem. Kev piav qhia ntawm lawv lub luag haujlwm tau txais 2015 Chemistry Prize (yog xav paub ntxiv mus saib lub Ib Hlis 2016 tsab xov xwm).
Hauv…
… cov hlwb muaj lub cytoplasm - kev ncua ntawm cov khoom uas ua rau lawv muaj ntau yam haujlwm tseem ceeb. Tag nrho cytoplasm yog them nrog lub network ntawm cov qauv protein uas ua rau lub cytoskeleton. Cov ntawv cog lus microfibers tso cai rau lub cell hloov nws cov duab, tso cai rau nws nkag mus thiab txav nws cov organelles sab hauv. Lub cytoskeleton kuj muaj xws li microtubules, i.e. cov hlab ntsha ua los ntawm cov protein. Cov no yog cov ntsiab lus nruj heev (ib lub raj hollow ib txwm nruj dua li ib tus pas nrig ntawm tib txoj kab uas hla) uas tsim ib lub xovtooj ntawm tes, thiab qee qhov txawv txav ntawm cov tshuab molecular feem ntau txav raws lawv - taug kev cov proteins (lus!).
Microtubules muaj hluav taws xob them kawg. Proteins hu ua dyneins txav mus rau qhov tsis zoo fragment, thaum kinesins txav mus rau qhov sib txawv. Ua tsaug rau lub zog tso tawm los ntawm kev tawg ntawm ATP, cov duab ntawm kev taug kev cov proteins (tseem hu ua lub cev muaj zog lossis thauj cov protein) hloov pauv hauv cov voj voog, tso cai rau lawv txav mus zoo li cov os nyob thoob plaws qhov chaw ntawm microtubules. Molecules tau nruab nrog cov protein "xov", mus txog rau qhov kawg ntawm lwm cov molecule loj lossis cov npuas uas muaj cov khoom pov tseg tuaj yeem lo. Tag nrho cov no zoo li tus neeg hlau, uas, swaying, rub lub zais pa los ntawm txoj hlua. Rolling proteins thauj cov khoom tsim nyog mus rau qhov chaw nyob hauv lub cell thiab txav nws cov khoom sab hauv.
Yuav luag txhua qhov kev tshwm sim tshwm sim hauv lub cell yog tswj los ntawm enzymes, yam tsis muaj qhov hloov pauv no yuav luag tsis tshwm sim. Enzymes yog cov catalysts uas ua zoo li cov tshuab tshwj xeeb los ua ib yam (feem ntau lawv tsuas yog ua kom muaj ib qho tshuaj tiv thaiv). Lawv ntes cov substrates ntawm kev hloov pauv, npaj lawv kom tsim nyog rau ib leeg, thiab tom qab kawg ntawm cov txheej txheem lawv tso cov khoom thiab pib ua haujlwm dua. Kev koom tes nrog kev lag luam neeg hlau ua qhov ua tsis tiav rov ua dua yog qhov tseeb tiag.
Molecules ntawm intracellular zog cab kuj yog tsim raws li ib tug by-product ntawm ib tug series ntawm tshuaj tiv thaiv. Txawm li cas los xij, lub hauv paus tseem ceeb ntawm ATP yog kev ua haujlwm ntawm cov txheej txheem nyuaj tshaj plaws ntawm tes - ATP synthase. Qhov loj tshaj plaws ntawm cov molecules ntawm no enzyme yog nyob rau hauv lub mitochondria, uas ua raws li cellular "fais fab nroj tsuag".
ATP synthase - saum toj kawg nkaus: ntu ntu
nyob rau hauv daim nyias nyias, tsav ncej, lub luag hauj lwm fragment
rau ATP synthesis
Nyob rau hauv cov txheej txheem ntawm lom oxidation, hydrogen ions raug thauj los ntawm sab hauv ntawm ib tug neeg seem ntawm mitochondria mus rau sab nraud, uas tsim lawv gradient (concentration sib txawv) ntawm ob sab ntawm mitochondrial membrane. Qhov xwm txheej no tsis ruaj khov thiab muaj lub siab nyiam rau cov concentrations sib npaug, uas yog dab tsi ATP synthase siv kom zoo dua. Lub enzyme muaj ntau qhov txav thiab ruaj khov. Ib feem nrog cov channel yog tsau rau hauv daim nyias nyias, los ntawm cov hydrogen ions los ntawm ib puag ncig tuaj yeem nkag mus rau hauv mitochondria. Cov qauv kev hloov pauv tshwm sim los ntawm lawv txoj kev txav mus rau lwm qhov ntawm cov enzyme - ib qho elongated caij uas ua raws li lub zog tsav. Nyob rau lwm qhov kawg ntawm tus pas nrig, hauv mitochondria, lwm qhov ntawm lub kaw lus txuas rau nws. Kev sib hloov ntawm cov ncej ua rau kev sib hloov ntawm cov khoom seem, uas, nyob rau hauv qee qhov ntawm nws txoj haujlwm, cov substrates ntawm ATP-forming cov tshuaj tiv thaiv txuas nrog, thiab tom qab ntawd, nyob rau hauv lwm txoj haujlwm ntawm lub rotor, npaj txhij-ua high-energy compound. . tso tawm.
Thiab lub sijhawm no nws tsis yog qhov nyuaj los nrhiav kev sib piv hauv ntiaj teb ntawm tib neeg thev naus laus zis. Tsuas yog lub tshuab hluav taws xob. Cov dej ntws ntawm hydrogen ions ua rau cov ntsiab lus txav mus rau hauv lub cev muaj zog molecular immobilized nyob rau hauv daim nyias nyias, zoo li cov hniav ntawm lub turbine uas tau tsav los ntawm cov dej vapor. Cov ncej hloov lub tsav mus rau qhov tseeb ATP tiam system. Zoo li feem ntau cov enzymes, synthase tuaj yeem ua rau lwm qhov kev taw qhia thiab rhuav tshem ATP. Cov txheej txheem no teev nyob rau hauv cov lus tsa suab ib lub cev muaj zog uas tsav lub txav ntawm lub membrane fragment los ntawm ib tug ncej. Qhov no, nyob rau hauv lem, ua rau lub twj tso kua mis tawm ntawm hydrogen ions los ntawm mitochondria. Yog li, lub twj tso kua mis yog siv hluav taws xob. Molecular txuj ci tseem ceeb ntawm xwm.
Nyob ciam teb…
... Nyob nruab nrab ntawm lub xovtooj ntawm tes thiab ib puag ncig muaj lub cell membrane uas cais cov kev txiav txim sab hauv los ntawm kev chaos ntawm lub ntiaj teb sab nraud. Nws muaj ob txheej ntawm molecules, nrog rau hydrophilic ("dej-hlub") qhov chaw sab nraud thiab hydrophobic ("dej-kev zam") qhov chaw ntawm ib leeg. Lub membrane kuj muaj ntau cov protein molecules. Lub cev yuav tsum tau nkag mus rau hauv ib puag ncig: nqus cov khoom nws xav tau thiab tso pov tseg. Qee cov tshuaj sib xyaw nrog cov molecules me me (piv txwv li, dej) tuaj yeem dhau los ntawm daim nyias nyias ntawm ob qho kev qhia raws li qhov concentration gradient. Diffusion ntawm lwm tus yog qhov nyuaj, thiab lub cell nws tus kheej tswj lawv qhov nqus. Tsis tas li ntawd, cov tshuab cellular yog siv rau kev sib kis - conveyors thiab ion raws.
Lub conveyor khi ib qho ion lossis molecule thiab tom qab ntawd txav nrog nws mus rau lwm sab ntawm daim nyias nyias (thaum lub membrane nws tus kheej me me) los yog - thaum nws hla tag nrho daim nyias nyias - txav cov khoom sib sau thiab tso tawm rau lwm qhov kawg. Tau kawg, conveyors ua haujlwm ob txoj hauv kev thiab yog "finicky" - lawv feem ntau thauj tsuas yog ib hom khoom. Ion channels qhia txog kev ua haujlwm zoo sib xws, tab sis muaj kev sib txawv. Lawv tuaj yeem muab piv rau lub lim. Kev thauj mus los ntawm cov ion channel feem ntau ua raws li qhov concentration gradient (siab dua kom qis dua ion concentrations kom txog thaum lawv tawm). Ntawm qhov tod tes, intracellular mechanisms tswj qhov qhib thiab kaw ntawm txoj kev nkag. Cov ion channel tseem muaj kev xaiv siab rau cov khoom kom dhau mus.
Ion channel (sab laug) thiab cov kav dej hauv kev ua haujlwm
Cov kab mob flagellum yog ib qho kev tsav tsheb tiag tiag
Muaj lwm lub tshuab molecular nthuav hauv cov cell membrane - flagellum tsav, uas ua kom cov kab mob txav mus los. Qhov no yog lub cav muaj protein ntau uas muaj ob ntu: ib qho ruaj khov (stator) thiab ib qho tig (rotor). Kev txav mus los yog tshwm sim los ntawm kev ntws ntawm hydrogen ions los ntawm daim nyias nyias mus rau hauv lub cell. Lawv nkag mus rau hauv cov channel hauv stator thiab txuas ntxiv mus rau qhov chaw distal, uas nyob hauv lub rotor. Txhawm rau nkag mus rau hauv lub xov tooj ntawm tes, hydrogen ions yuav tsum nrhiav lawv txoj hauv kev mus rau ntu txuas ntxiv ntawm cov channel, uas yog dua nyob rau hauv stator. Txawm li cas los xij, lub rotor yuav tsum tig kom cov channel sib txuas. Qhov kawg ntawm lub rotor, protruding tshaj lub tawb, yog nkhaus, ib tug saj zawg zog flagellum yog txuas rau nws, tig zoo li lub nyoob hoom qav taub.
Kuv ntseeg tias qhov kev piav qhia luv luv ntawm lub xov tooj ntawm tes yuav ua kom pom tseeb tias qhov kev tsim qauv ntawm Nobel nqi zog yeej, yam tsis muaj kev cuam tshuam los ntawm lawv cov kev ua tiav, tseem nyob deb ntawm qhov zoo tshaj plaws ntawm kev tsim ntawm evolution.
