Kuidas Rakud Töötavad

{h1}

Inimkeha koosneb ligikaudu 10 triljonist rakust. Kõik, mis pärineb reproduktsioonist infektsioonideni purustatud luu parandamiseks, toimub raku tasandil. Uurige kõiki rakke.

-Mikroskoopiline tase, me kõik koosnevad rakkudest. Vaadake end peeglisse - näete umbes 10 triljonit rakku, mis on jagatud ligikaudu 200 diferentseeruvat tüüpi. Meie lihased on valmistatud lihasrakkudest, meie maksarakkude maksast ja seal on isegi väga spetsiifilised rakkude tüübid, mis muudavad hammaste emaili või meie silmade selged läätsed!

Kui soovite - mõista, kuidas teie keha töötab, peate mõistma rakke. Kõik, mis pärineb reproduktsioonist infektsioonideni purustatud luu parandamiseks, toimub raku tasandil. Kui soovite mõista uusi piirkondi nagu biotehnoloogia ja geenitehnoloogia, peate mõistma ka rakke.

Igaüks, kes loeb paberit või mõnda teaduslikku ajakirja (Scientific American, Discover, Popular Science), teab, et geenid on BIGi uudised tänapäeval. Siin on mõned terminid, mida tavaliselt näete:

  • Biotehnoloogia
  • Gene splicing
  • Inimese genoom
  • Geenitehnoloogia
  • Rekombinantne DNA
  • Geneetilised haigused
  • Geeniteraapia
  • DNA mutatsioonid
  • DNA sõrmejälgede võtmine või DNA profiilide koostamine

-Gene teadus ja geneetika muudavad kiiresti ravimit, põllumajandust ja isegi õigussüsteemi!

Selles artiklis me süvenevad molekulaarsest tasemest, et täielikult mõista, kuidas rakud töötavad. Vaatame kõige lihtsamate rakkude võimalusi: bakterirakud. Mõistes, kuidas bakterid töötavad, saate mõista kõigi oma organismi rakkude põhilisi mehhanisme. See on põnev teema nii oma isikliku olemuse kui ka selle asjaolu tõttu, et see muudab need uudislugud nii selgelt ja kergemini mõista. Kui saate aru, kuidas rakud töötavad, saate vastata ka teistele sarnastele küsimustele:

  • Mis on viirus ja kuidas see toimib molekulaarsel tasandil?
  • Mis on antibiootikum ja kuidas antibiootikumid toimivad? Miks antibiootikumid ei tapa tavapäraseid rakke?
  • Mis on vitamiin ja miks me peame neid iga päev võtma?
  • Kuidas mürk toimib?
  • Mida tähendab elamine, vähemalt rakulisel tasemel?

Kõigil neil küsimustel on ilmne vastus, kui sa mõistad, kuidas rakud töötavad - nii et alustame!

Rakkude osad

Kuidas rakud töötavad: kuidas

Teie keha on valmistatud umbes 10 triljonit rakku. Suurimad inimese rakud on umbes juuste läbimõõduga, kuid enamik inimrakke on väiksemad - võib-olla ühe kümnendiku juuste läbimõõdust.

Viige oma sõrmed läbi oma juuste nüüd ja vaadake ühte ahelat. See ei ole väga paks - võib-olla 100 mikromeetrit läbimõõduga (mikroni on ühe miljoni meetri pikkune, nii et 100 mikronit on kümnendik millimeetrist). Tüüpiline inimese rakk võib olla üks kümnendik juuste läbimõõdust (10 mikronit). Vaadake oma väikse varba alla - see võib moodustada 2 või 3 miljardit rakku, olenevalt sellest, kui suur see on. Kujutage ette täis maja täis beebitanud herned. Kui maja on teie väike varvas, on herned rakud. See on palju rakke!

Bakterid on umbes lihtsaimad rakud, mis on täna olemas. Bakterid on üksik, iseseisev, elav rakk. An Escherichia coli bakterid (või E. coli bakterid) on tüüpiline - see on ligikaudu sajandikult inimese raku suurus (võib-olla mikroni pikk ja üks kümnendik mikroni laiusest), nii et see on nähtamatu ilma mikroskoobita. Infektsiooni saamisel liiguvad bakterid oma suurte lahtrite ümber nagu suurte laevade kõrval asuvad väikelaevad.

Bakterid on palju lihtsamad kui inimese rakud. Bakter koosneb välimisest ümbrisest, mida nimetatakse rakumembraan, ja membraani sees on vesine vedelik, mida nimetatakse tsütoplasma. Tsütoplasma võib olla 70 protsenti vett. Ülejäänud 30 protsenti on täis valkude nimetusega ensüümid mida rakk on valmistanud koos väiksemate molekulidega nagu aminohapped, glükoosimolekulid ja ATP. Lahtri keskosas on DNA pall (sarnane lainepikkusega stringile). Kui te peaksite seda DNA ühte pikka ahelat välja sirutama, oleks see bakteritega võrreldes uskumatult pikk - umbes 1000 korda pikem!

E. coli bakteril on iseloomulik kapsli kuju. Lahtri välimine osa on raku membraan, mis on siin siin oranži kujul. E. coli-s on tegelikult rakku kaitsvaid membraane, mis asuvad mõlemas suunas. Membraani sees on tsütoplasma, mis koosneb miljonist ensüümidest, suhkrutest, ATP-st ja muudest vees vabalt ujuvatest molekulidest. Raku keskmes on selle DNA. DNA on nagu stringi pillitud pall. DNA-s ei ole bakteril mingit kaitset - lahtine pall ujub tsütoplasmas, mis on ligikaudu rakkude keskosas. Lahtri välisküljele on lisatud pikad nöörid punutised, mis liiguvad rakku. Mitte kõikidel bakteritel pole vibrake ja inimestel ei ole neid lisaks spermatrakkudele.

Inimrakud on palju keerukamad kui bakterid. Need sisaldavad spetsiaalset tuumembraani, mis kaitseb DNA-d, täiendavaid membraane ja struktuure nagu mitokondrid ja Golgi kehad ning mitmesuguseid muid täiustatud funktsioone. Kuid põhilised protsessid on ühesugused bakterites ja inimrakkudes, nii et me alustame bakteritest.

Ensüümid

Glükoosi keemiline struktuur

Glükoosi keemiline struktuur

Igal hetkel teeb kõik tööd mis tahes raamistikus tehtud töö käigus ensüümid. Kui te tunnete ensüüme, mõistate rakke. Bakteril nagu E. coli on ligikaudu 1000 erinevat tüüpi ensüüme, mis mingil ajahetkel ujuvad tsütoplasmas.

Ensüümidel on äärmiselt huvitavad omadused, mis muudavad need väikesed keemilise reaktsiooni masinad.Rakusisese ensüümi eesmärk on võimaldada rakul viia keemilised reaktsioonid läbi väga kiiresti. Need reaktsioonid võimaldavad rakul üles ehitada asju või võtta vajadusel asju eraldi. Nii kasvab ja paljundab rakk. Kõige põhilisel tasemel on rakk tõesti väike kott täis keemilisi reaktsioone, mis on ensüümide poolt võimalik!

Ensüümid valmistatakse aminohapped, ja need on valkud. Kui ensüüm on moodustunud, valmistatakse see 100-1000 aminohappega väga spetsiifilises ja ainulaadses järjekorras. Seejärel moodustab aminohapete kett unikaalse kuju. See kuju võimaldab ensüümil teostada spetsiifilisi keemilisi reaktsioone - ensüüm toimib spetsiifilise keemilise reaktsiooni jaoks väga tõhusa katalüsaatorina. Ensüüm kiirendab reaktsiooni tohutult.

Näiteks suhkru maltoos valmistatakse kahest glükoosi molekulist, mis on omavahel seotud. Ensüüm maltaas on kujundatud nii, et see võib sidet murda ja vabastada kaks glükoositükki. Ainuke asi, mida maltase võib teha, on murda maltoosi molekule, kuid see võib seda teha väga kiiresti ja tõhusalt. Teised ensüümide tüübid võivad aatomid ja molekulid kokku panna. Molekulide purustamine ja molekulide ühitamine on see, mida ensüümid teevad, ja iga keemilise reaktsiooni jaoks, mis on vajalik rakkude korralikuks toimimiseks, on spetsiifiline ensüüm.

Kuidas rakud töötavad: coli

Maltoos on valmistatud kahest glükoosimolekulist, mis on omavahel seotud (1). Maltase ensüüm on valk, mis on maltoosmolekulide heakskiitmiseks täiuslikult kujundatud ja rikub sidet (2). Kaks glükoosi molekuli vabanevad (3). Ühe maltase ensüüm võib puruneda üle 1000 maltoosi sideme sekundis ja võtab vastu ainult maltoosmolekulid.

Ensüümi põhitoimingu kohal on näha diagramm. Maltase ensüümi spetsiifilises kohas on hõlpsasti ümbritsetud maltoosi molekul. The aktiivne sait ensüümil lagundab sidet, seejärel vabanevad kaks glükoosi molekuli.

Võib-olla olete kuulnud inimesi, kes on laktoositalumatu, või võite ise seda probleemi kannatada. Probleem tekib seetõttu, et suhkur piim - laktoos - ei purune oma glükoosi komponentideks. Seetõttu ei saa seda seedida. Laktoositalumatute inimeste soolerakud ei tooda laktaas, oli ensüüm vaja laktoosi lagundada. See probleem näitab, kuidas ainult ühe ensüümi puudumine inimkehas võib põhjustada probleeme. Isik, kes ei laktoositalumatust, võib enne piima joomist alla neelata laktaasi tilka ja probleem on lahendatud. Paljusid ensüümipuudusi ei ole nii lihtne lahendada.

Bakteri sees on umbes 1000 tüüpi ensüüme (millest üks neist on laktaas). Kõik ensüümid ujuvad vabalt tsütoplasmas, oodates kemikaali, mida nad tunnevad, et ujuk on. Iga erineva ensüümi tüüpi on sadu või miljoneid koopiaid, sõltuvalt sellest, kui tähtis reaktsioon rakule on ja kui sageli on reaktsioon vajalik. Need ensüümid teevad kõik endast oleneva, purustades glükoosivaba energia, luues rakuseinad, ehitades uusi ensüüme ja võimaldades rakul paljuneda. Ensüümid teostavad kogu tööd rakkudes.

Valgud

Kuidas rakud töötavad: rakud

Valk on ükskõik milline aminohapete ahel. Aminohape on väike molekul, mis toimib mis tahes valgu ehitusplokkina. Kui te ignoreerite rasva, on teie keha mass umbes 20 protsenti proteiini. See on umbes 60 protsenti vett. Enamik ülejäänud kehast koosneb mineraalidest (näiteks teie luudest kaltsiumi).

Aminohappeid nimetatakse "aminohapeteks", kuna need sisaldavad aminorühma (NH2) ja happeline karboksüülrühm (COOH). Ülaltoodud joonisel näete kahe aminohappe keemilist struktuuri. Näete, et igaühe ülemine osa on sama. See kehtib kõigi aminohapete kohta - väike kett põhjas (H või CH3 nendes kahes aminohappes) on ainus asi, mis varieerub ühe aminohappega järgmiselt. Mõnes aminohapes võib muutuv osa olla suhteliselt suur. Inimkeha on konstrueeritud 20 erinevast aminohappest (looduses on olemas vähemalt 100 erinevat aminohapet).

Mis puutub kehasse, siis on kahte erinevat tüüpi aminohapete: oluline ja mitteoluline. Eriolulised aminohapped on aminohapped, mida teie keha võib teie kehas leiduvatest muudest kemikaalidest välja tuua. Olulisi aminohappeid ei saa luua, mistõttu on ainus võimalus neid toidu kaudu saada. Siin on erinevad aminohapped:

Mittekohustuslik:

  • Alaniin (sünteesitud püroviinhappest)
  • Arginiin (sünteesitud glutamiinhappest)
  • Asparagiin (sünteesitud asparagiinhappest)
  • Asparagiinhape (sünteesitud oksaloäädikhappest)
  • Tsüsteiin (sünteesitakse homotsüsteiinist, mis pärineb metioniinist)
  • Glutamiinhape (sünteesitud oksoglutaarhappest)
  • Glutamiin (sünteesitud glutamiinhappest)
  • Glütsiin (sünteesitud seriinist ja treoniinist)
  • Proliin (sünteesitud glutamiinhappest)
  • Seriin (sünteesitud glükoosist)
  • Tryosiin (sünteesitud fenüülalaniinist)

Oluline:

  • Histidiin
  • Isoleutsiin
  • Leutsiin
  • Lüsiin
  • Metioniin
  • Fenüülalaniin
  • Treoniin
  • Trüptofaan
  • Valine

Meie toidus sisalduv proteiin pärineb nii loomsetest kui ka taimsetest allikatest. Enamik loomsetest allikatest (liha, piim, munad) pakuvad nimetust "täielik valk", mis tähendab, et need sisaldavad kõiki olulisi aminohappeid. Taimsed allikad on tavaliselt vähesed või puuduvad teatud olulised aminohapped. Näiteks on riis madal isoleutsiinis ja lüsiinis. Erinevatel aminohapetel on aga erinevad köögiviljade allikad puudulikud, seega kombineerides erinevat toitu, võite kogu päeva jooksul saada kõik olulised aminohapped. Mõned köögiviljade allikad sisaldavad suhteliselt palju valku. Pähklid, oad ja sojaoad on kõik valkjas.Kombineerides neid, saate kõigi oluliste aminohapete täielikku katvust.

Seedetrakt purustab kõik valgud oma aminohapete sisse, et nad saaksid siseneda vereringesse. Seejärel kasutavad rakud aminohappeid ehitusplokkideks, et luua ensüüme ja struktuurvalke.

Lisateabe saamiseks vaadake, kuidas toit töötab.

Ensüümid tööl

Bakterite ja inimrakkude sees on igasuguseid ensüüme, paljud neist on väga huvitavad! Rakud kasutavad ensüüme sisemiselt, et kasvatada, paljuneda ja luua energiat ning sageli eraldavad ensüüme ka väljaspool nende rakuseinaid. Näiteks eraldavad E. coli bakterid ensüüme, et aidata toidumolekule murda, et nad saaksid rakuseina rakku läbi viia. Mõned ensüümid, millest te kuulsite, on järgmised:

  • Proteaasid ja peptiidid - Proteaas on mis tahes ensüüm, mis võib pikk valku murda väiksemateks kettideks, mida nimetatakse peptiidideks (peptiid on lihtsalt lühike aminohapete ahel). Peptidaasi murtakse peptiide alla üksikuteks aminohapeteks. Proteaase ja peptidaase leidub tihti pesupesemisvahendites - need aitavad valgud lagundada, eemaldades lapiga vere plekid. Mõned proteaasid on äärmiselt spetsiifilised, teised lagunevad peaaegu igas aminohapete ahelas. (Võibolla olete kuulnud proteaasi inhibiitorid mida kasutatakse AIDS-i viirusega võitlemiseks mõeldud ravimites. AIDS-i viirus kasutab oma reproduktiivtsükli jooksul väga spetsiifilisi proteaase ja proteaasi inhibiitorid püüavad blokeerida viiruse reproduktsiooni sulgemise.)
  • Amylases - Amülaasid lagundavad tärkliseketid väiksemateks suhkru molekulideks. Teie sülg sisaldab amülaasi ja ka teie peensoole. Maltase, laktaas, saharaas (kirjeldatud eelmises osas) viimistlevad lihtsad suhkruid üksikute glükoosimolekulide alla.
  • Lipaasid - Lipaasid lagundavad rasvu.
  • Tselluloosid - Tselluloosid purustavad tselluloosi molekulid lihtsamateks suhkruteks. Lehmide ja termiidide soolestiku bakterid eraldavad tselluloose ja nii on lehmad ja termiidid süüa nii nagu rohtu ja puitu.

Bakterid eraldavad neid ensüüme väljaspool nende rakuseinaid. Keskkonda kuuluvad molekulid lagunevad tükkideks (valgud aminohapeteks, lihtsate suhkrute tärklised jne), nii et need on piisavalt väikesed, et läbida rakkude seina tsütoplasmasse. Nii kasutab E. coli sööki!

Raku sees toimivad sadu väga spetsiifilisi ensüüme väga spetsiifilised ülesanded, mida rakul peab oma elu elama. Mõned hämmastavamad ensüümid, mida leitud on rakkudes, on järgmised:

  • Energiaensüümid - 10 ensüümi komplekt võimaldab rakul täita glükolüüs. Veel kontrollib veel 8 ensüümi sidrunhappe tsükkel (tuntud ka kui Krebsi tsükkel). Need kaks protsessi koos võimaldavad rakul muuta glükoosi ja hapnikku adenosiintrifosfaadiks või ATP-ks. Hapnikku tarbivas rakus, nagu E. coli või inimese rakk, moodustub üks glükoosi molekul 36 ATP-i molekuli (sellisel kujul nagu pärmirakk, mis elab oma elu ilma hapnikuta, esineb ainult glükoos ja see toodab ainult kaks ATP-i molekuli glükoosi molekuli kohta ) ATP on kütuse molekul, mis suudab võimsaid ensüüme läbi viia, täites "ülesmäge" keemilisi reaktsioone.
  • Piiratud ensüümid - Paljud bakterid on võimelised tootma restriktsiooniensüüme, mis tunnustavad DNA ahelates väga spetsiifilisi mustreid ja purustavad DNA nendel mustritel. Kui viirus süstib oma DNA bakterisse, siis tunneb restriktsiooniensüüm viiruslikku DNA-d ja lõikab seda, hävitades viiruse tõhusalt enne selle paljunemist.
  • DNA-manipuleerivad ensüümid - On olemas spetsiifilisi ensüüme, mis liiguvad piki DNA-ahelaid ja parandavad neid. On olemas ka teisi ensüüme, mis võivad neid DNA-d paljundada (DNA polümeraas). Veelgi teistel võib DNA leida väikseid mustreid ja seostuda nendega, blokeerides juurdepääsu sellele DNA sektsioonile (DNA-siduvad valgud).
  • Ensüümi tootmise ensüümid - Kõik need ensüümid peavad tulema kuskilt, seega on olemas ensüümid, mis toodavad raku ensüüme! Ribonukleiinhape (RNA) kolmes erinevas vormis (messenger RNA, ülekande RNA ja ribosomaalne RNA) on suur osa protsessist.

Rakk on tõesti ainult keemiliste reaktsioonide kogum, ja ensüümid muudavad need reaktsioonid korralikult.

Ensüümide valmistamine

Niikaua kui raku membraan on terviklik ja teeb kõik ensüümid, peab see korralikult toimima, on rakk elus. Selle ensüümid, mis peavad nõuetekohaselt toimima, võimaldavad rakul luua glükoosist energiat, ehitada oma rakuseina moodustavaid tükke, paljuneda ja loomulikult toota uusi ensüüme.

Nii et kust kõik need ensüümid pärinevad? Ja kuidas raku toodab neid siis, kui neid neid vajab? Kui rakk on lihtsalt ensüümide kogum, mis põhjustab keemilisi reaktsioone, mis muudavad raku selle, mida see teeb, siis kuidas saab keemiliste reaktsioonide kogum luua vajalikud ensüümid ja kuidas rakk paljuneb? Kust elu imet pärit on?

Nendele küsimustele vastatakse DNAvõi desoksüribonukleiinhape. Te olete kindlasti kuulnud DNA-st kromosoomid ja geenid. DNA juhib rakku uute ensüümide tootmisel.

Rakkude DNA on tegelikult lihtsalt neljast erinevast osast koosnev muster, mida nimetatakse nukleotiidid või alused. Kujutage ette plokid, millel on ainult neli erinevat kuju või tähestikku, millel on ainult neli erinevat tähte. DNA on pikk plokkide või tähtede string. E. coli rakus on DNA-muster umbes 4 miljonit plokki pikk. Kui te peaksite seda DNA-d üha sirgima, oleks see 1,36 mm pikk - päris pikk, arvestades, et bakter ise on 1000 korda väiksem. Bakterites on DNA-kiht sarnane keermestatud palliga pallile.Kujutage ette, et võtaksite 1000 jalga (300 meetrit) uskumatult õhuke niit ja vooderdis seda - võite kergesti seda oma käes hoida. [Inimese DNA on umbes 3 miljardit plokki pikk või peaaegu 1000 korda pikem kui E. coli. Inimese DNA on nii pikk, et vallandatud lähenemine ei toimi. Selle asemel on inimese DNA tihedalt mähitud 23 nimega struktuuri kromosoomid pakkida seda tihedamalt ja asetada see raku sees.]

DNA hämmastav asi on see: DNA on midagi enamat kui muster, mis ütleb rakule, kuidas oma valke valmistada! See on kõik see DNA. E. coli rakkude DNA 4 miljonit alust annavad rakkudele teada, kuidas teha 1000 või nii ensüümi, et E. coli rakk eluks. A. geen on lihtsalt DNA sektsioon, mis toimib ensüümi moodustamiseks mallina.

Vaatame kogu protsessi, kuidas DNA muutub ensüümiks, nii et saate aru, kuidas see toimib.

DNA

Kuidas rakud töötavad: coli

Te olete ilmselt kuulnud DNA molekulist, mida nimetatakse "topeltheeliksiks". DNA on nagu kaks pikka spiraaliga keerdunud keha.

DNA leidub kõigis rakkudes kui aluspaarid valmistatud neljast erinevast nukleotiidid. Iga aluspaar moodustatakse kokku kahest komplementaarsest nukleotiidist, mis on omavahel seotud. Neli alust DNA-tähestikus on:

  • Adeniin
  • Tsütosiin
  • Guaniin
  • Tümiin

Adeniin ja tümiin seotakse alati paarina ja paarina moodustavad tsütosiini ja guaniini sideme. Paarid ühendavad redeliga nagu rööpad:

Kuidas rakud töötavad: coli

DNA aluspaarid moodustavad redelilaadse struktuuri. Kuna ühendamine toimub aluste vahelisel nurgel, muutub kogu konstruktsioon heeliksiks.

E. coli bakteris on see redel umbes 4 miljonit baari paari pikk. Need kaks otsa ühendavad ringi moodustamiseks ja siis rõngast eemaldatakse lahtrisse sisend. Kogu rõngas on tuntud kui genoom, ja teadlased on selle täielikult dekodeerinud. See tähendab, et teadlased teavad kõik 4 miljonit baaspaari, mis on vajalikud E. coli bakteri DNA täpselt moodustumiseks. The inimese genoomi projekt on protsessis, kus tüüpilised inimese DNA-d leiavad kõik kolm baari paarist kolm miljardit.

Suur küsimus

Geen koosneb promootorist, ensüümi koodonitest ja stoppkoodonist. Kaks geeni on näidatud ülal. E. coli bakteri pikk DNA-ahel kodeerib ligikaudu 4000 geeni ja igal ajal määravad need geenid E. coli rakkude tsütoplasmas umbes 1000 ensüümi. Paljud geenid on duplikaadid.

Geen koosneb promootorist, ensüümi koodonitest ja stoppkoodonist. Kaks geeni on näidatud ülal. E. coli bakteri pikk DNA-ahel kodeerib ligikaudu 4000 geeni ja igal ajal määravad need geenid E. coli rakkude tsütoplasmas umbes 1000 ensüümi. Paljud geenid on duplikaadid.

Eelmisest sektsioonist võite meenutada, et ensüümid on moodustunud 20 erinevast aminohappest, mis on kokku pandud teatud järjekorras. Seepärast on küsimus järgmine: Kuidas saada DNA-st, mis koosneb ainult neliest nukleotiidist, ensüümi, mis sisaldab 20 erinevat aminohapet? Sellele küsimusele on kaks vastust:

  1. Äärmiselt keerukas ja hämmastav ensüüm, mida nimetatakse a ribosoom loeb DNA-ist saadud messenger-RNA ja muudab selle aminohapeteks.
  2. Selleks, et valida õigeid aminohappeid, võtab ribosoom 20 nukleotiidi kolmekümnele aminohappele kodeeritavatele komplektidele.

See tähendab, et DNA ahela iga kolme aluspaari korral kodeerib ensüüm ühte aminohapet. Seepärast nimetatakse DNA järjestusest kolme järjestikku nukleotiidi nimetusega a koodon. Kuna DNA koosneb neljast erinevast alusest ja kuna koodonil on kolm alust ja kuna 4 * 4 * 4 = 64, on koodonil 64 võimalikat mustrit. Kuna on ainult 20 võimalikku aminohapet, tähendab see seda, et on olemas mõningane koondamine - sama aminohappe jaoks võib kodeerida mitu erinevat koodonit. Lisaks on olemas a stop koodon mis tähistab geeni lõppu. Seega DNA ahelas on 100 kuni 1000 koodoni kogus (300 kuni 3000 alust), mis täpsustavad aminohappeid konkreetse ensüümi moodustamiseks ja seejärel stoppkoodon, mis tähistab ahela lõppu. Ahela alguses on aluste osa, mida nimetatakse promootor. Seega sisaldab geen promootorit, konkreetsete ensüümide aminohapete koodonite komplekti ja stoppkoodonit. See on kõik see, et on geen.

Ensüümi loomiseks peab see esmalt olema transkribeerima DNA geeni messenger RNA. Transkriptsiooni teostab ensüüm, mida nimetatakse RNA polümeraas. RNA polümeraas seondub promootoriga DNA ahela külge, ühendab kahte DNA ahelat ja seejärel moodustab ühe DNA ahela komplementaarse koopia RNA ahelast. RNA või ribonukleiinhape, on DNA-ga väga sarnane, välja arvatud see, et ta on õnnelik elada üheahelalises olekus (erinevalt DNA soovist moodustada komplementaarsed kaheahelalised heeliksid). Seega on RNA polümeraasi ülesanne teha DNA-d sisaldava geeni koopia messenger RNA (mRNA) ühte ahelast.

Messenger-RNA ahel hõljub seejärel a ribosoom, võib-olla kõige hämmastav ensüüm looduses. Ribosoom avastab messenger RNA ahela esimese koodoni, leiab sellele koodonile sobiva aminohappe, hoiab seda, vaatab seejärel järgmise koodoni, leiab selle õige aminohappe, tõmbab selle esimesele aminohappele, seejärel leiab kolmanda koodon ja nii edasi. Teisisõnu, ribosoom loeb koodonid, teisendab need aminohapeteks ja õmbleb aminohappeid kokku, moodustades pikka ahela. Kui see jõuab viimase koodonini - stoppkoodonini - ribosoom vabastab ahela. Aminohapete pikk ahel on loomulikult ensüüm. See voldib oma iseloomuliku kujuga, ujub vabalt ja hakkab täitma mis tahes ensüümi toimet.

Ükski ülesanne

Kuidas rakud töötavad: rakud

Ilmselt ei ole eelmises lehel kirjeldatud protsess lihtne. Ribosoom on äärmiselt keeruline ensüümide struktuur ja ribosomaalne RNA (rRNA), mis on omavahel ühendatud suure molekulaarse masinaga. ATP toetab ribosoomi, mis seda võimendab, kui see käib messenger RNA-ga ja ühendab aminohappeid.Seda aitas ka ülekande RNA (tRNA), 20 eri molekuli kogum, mis toimivad 20 erineva üksiku aminohappe kandjana. Kui ribosoom liigub järgmise koodoni alla, liigub õige tRNA molekul koos õige aminohappega oma kohale. Ribosoom lõhub tRNA-st aminohappe ja tõmbab selle ensüümi kasvavasse ahelasse. Seejärel eraldab ribosoom "tühja" tRNA molekuli, nii et see võib saada õige tüüpi teise aminohappe.

Nagu näete, on igas rakus igasugused protsessid, mis hoiavad rakku elus:

  • On väga pikk ja väga täpne DNA molekul, mis määrab kindlaks kõik ensüümid, mida rakk vajab.
  • DNA-ahelaga kinnitatud RNA polümeraasi ensüümid on erinevate geenide lähtepunktides ja mRNA molekulis DNA-d kopeeritakse.
  • MRNA molekul ujub üle ribosoomi, mis loeb molekuli ja õmbab koos selle kodeeritavate aminohapete stringi.
  • Aminohapete rida ulatub ribosoomist eemale ja voldid muutuvad selle iseloomulikuks kujuks, nii et see võib hakata katalüüsima selle spetsiifilist reaktsiooni.

Iga raku tsütoplasma on ujumine ribosoomide, RNA polümeraaside, tRNA ja mRNA molekulide ja ensüümidega, kõik viivad läbi nende reaktsioonid üksteisest sõltumatult.

Niikaua kui raku ensüümid on aktiivsed ja on olemas kõik vajalikud ensüümid, on rakk elus. Huvitav külgmine märkus: Kui võtate ensüümide vabastamiseks hõre pärmirakke ja häiriks neid (näiteks paigutage need segistisse), siis toob supp ikkagi kaasa selliseid asju, mida elusad pärmrakud teevad (näiteks toota süsinikdioksiidi ja suhkrut sisaldavat alkoholi) mõnda aega. Kuid kuna rakud ei ole enam puutumatud ja seetõttu ei ole elus, ei toodeta uusi ensüüme. Lõpuks, kui olemasolevad ensüümid vananevad, siis hakkab supp reageerima. Sel hetkel on rakud ja supp "surinud".

Paljundamine

Kõigi elusolendite tunnus on paljunemisvõime. Bakterite paljunemine on lihtsalt teine ​​ensümaatiline käitumine. Ensüüm kutsuti DNA polümeraas, koos mitmete teiste ensüümidega, mis töötavad selle kõrval, käivad DNA ahelaga ja dubleerivad seda. Teisisõnu, DNA polümeraas jagab topelt-heeliksi ja loob uue kahekordse heeliksi piki mõlemat kaarti. Kui see jõuab DNA-ahela lõpuni, on E. coli rakus ujuvat silmust kaks eraldi koopiat. Seejärel lõhub rakk oma rakuseina keskele, jagab kaks DNA-silmust kahe külje vahel ja lõikab end pooleks.

Asjakohaste tingimuste korral võib E. coli rakk seda lahutada iga 20 või 30 minuti järel! Rakkude kasvatamise ensümaatiline protsess, mis replitseerib DNA silmust ja lõhestamist, toimub väga kiiresti.

Lisateabe saamiseks vaadake, kuidas inimeste reprodutseerimine toimib.

Mürgid ja antibiootikumid

Nüüd näete, et rakkude elu sõltub raku tsütoplasmas ujuvatest ensüümide rikasest suppist. Toimib palju erinevaid mürke, mis häirivad suppi tasakaalu ühel või teisel viisil.

Näiteks difteeria toksiin töötab rakkude ribosoomide toimel kummitades, muutes ribosoomi võimatuks kõndida piki mRNA ahelat. Teiselt poolt, surmapea seeni sisaldav toksiin kummib RNA polümeraasi toimet ja peatab DNA transkriptsiooni. Mõlemal juhul lülitatakse uute ensüümide tootmine välja ja toksiinist mõjutatud rakud ei saa enam kasvatada ega paljuneda.

An antibiootikum on mürk, mis töötab bakterirakkude hävitamiseks, jättes inimrakud kahjustamata. Kõik antibiootikumid kasutavad ära asjaolu, et inimese rakus sisalduvate ensüümide ja ensüümide vahel on palju erinevusi bakteri sees. Näiteks, kui leitakse toksiini, mis mõjutab E. coli ribosoomi, kuid jätab inimese ribosoomid kahjustamata, võib see olla tõhus antibiootikum. Streptomütsiini näide on antibiootikum, mis sellisel viisil toimib.

Penitsilliin oli üks esimesi antibiootikume. See kummib üles bakterite võime rakuseinte ehitamiseks. Kuna bakteriraku seinad ja inimese rakuseinad on väga erinevad, on penitsilliinil suur mõju teatud bakteriliikidele, kuid inimrakkudele ei mõjuta. Sulfaga seotud ravimid töötavad, blokeerides ensüümi, mis juhib nukleotiidide loomist bakterites, kuid mitte inimestel. Ilma nukleotiididest ei suuda bakterid paljuneda.

Näete, et uute antibiootikumide otsimine toimub ensüümide tasemel, jahtades erinevusi inimese ja bakterirakkude ensüümide vahel, mida saab kasutada bakterite tapmiseks, mõjutamata inimrakke.

Mis tahes antibiootikumi kahetsusväärne probleem on see, et see muutub aja jooksul ebatõhusaks. Bakterid reprodutseerivad nii kiiresti, et mutatsioonide tõenäosus on kõrge. Teie kehas võib olla miljoneid baktereid, mida antibiootikum tapab. Kuid kui ainult ühele neist on mutatsioon, mis muudab selle antibiootikumi suhtes immuunseks, saab üks rakk kiiresti taastuda ja seejärel levida teistele inimestele. Enamik bakteriaalseid haigusi on muutunud immuunseks mõne või kõikide antibiootikumide suhtes, mida nendega selle protsessi käigus kasutatakse.

Viirused

Viirused on täiesti hämmastavad. Kuigi nad ise ei ole elus, võib viirus elavast rakust masina kaaperdamine paljuneda. Artikkel Kuidas Viruses Work kirjeldab üksikasjalikult viirusi - allpool on kokkuvõte.

Viiruse osakesteks on DNA või RNA ahela ümber mähitud viiruslik jope. Jope ja selle lühike DNA-ahel võib olla väga väike - tuhat korda väiksem kui bakter. Jope tavaliselt naastatakse keemiliste "sensors", mis võivad siduda raku välisküljega.Kui see on dokitud, süstitakse rakku viiruse DNA (või RNA, sõltuvalt viirusest), jättes lahtri väljapoole oleva jope.

Lihtsa viiruse korral liigub nüüd DNA või RNA ahel vabalt rakus. RNA polümeraas transkribeerib DNA ahelat ja ribosoomid moodustavad ensüümid, mida viiruslik DNA täpsustab. Viiruslikku DNA-d tekitavad ensüümid on võimelised tekitama uusi viiruslikke jakke ja muid viiruse komponente. Lihtsate viiruste korral kogunevad seejärel jakid ümber DNA replikatsiooni. Lõpuks on rakk nii täis uusi viiruseosakesi, et rakk purustab, vabastades osakesed uutele rakkudele. Selle süsteemi abil on hämmastav kiirus, millega viirus võib paljuneda ja nakatada teisi rakke.

Enamikul juhtudel toodab immuunsüsteem antikehi, mis on valkud, mis seonduvad viiruse osakestega ja takistavad nende liitumist uute rakkudega. Immuunsüsteem võib ka nakatunud rakke tuvastada viiruste jakkidega kaunistatud rakkude avastamisega ja nakatunud rakkude hävitamisega.

Antibiootikumid ei mõjuta viirust, sest viirus pole elus. Ei ole midagi tappa! Immuniseerimine toimib keha eelnevalt nakatades, nii et ta teab, kuidas õigeid antikehi toota, niipea, kui viirus hakkab taastuma.

Lisateavet leiate jaotisest Immuunsussüsteem toimib.

Geneetilised haigused

Paljud geneetilised haigused tekivad, kuna inimesel puudub üksiku ensüümi geen. Siin on mõned puuduvad geenidest põhjustatud levinumad probleemid:

  • Laktoositalumatus - Laktoosi (piima suhkur) seedimise võimetus on põhjustatud puuduvast laktaasi geenist. Ilma selle geenita ei toodaks soolerakud laktaasi.
  • Albinism - Albiinides puudub ensüümi türosinaasi geen. See ensüüm on vajalik melaniini, pigmendi, mis põhjustab päikesepruunide, juuste värvi ja silma värvi, tootmiseks. Ilma türosinaasi pole melaniini.
  • Tsüstiline fibroos - Tsüstilise fibroosi korral on kahjustatud geen, mis toodab tsüstilise fibroosi transmembraanse juhtivuse regulaatorina valku. Vastavalt Britannica entsüklopeedia: Tsüstilise fibroosiga isikute kromosoomis 7 olevas geeni leiduv defekt (või mutatsioon) põhjustab valgu tootmist, millel puudub aminohapete fenüülalaniin. See vale valk mingil moel moonutab soola ja vee liikumist membraanide kaudu, mis liiguvad kopsudesse ja soolestikku, mille tulemuseks on nende pindade tavaliselt kattev li


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com