Ремдеализм. Тем, кто ищет правильный путь
- -
- 100%
- +
Разделение происходит при воздействии определенных белков-ферментов. При взаимодействии с этими белками двойная спираль ДНК, благодаря своим характерным особенностям, не распадается на составные части, а начинает раскручиваться с одного конца.
К каждой из двух, отделяющихся друг от друга, нитей в процессе удвоения достраивается из находящихся в окружении свободных нуклеотидов новая нить, идентичная первоначальной.
Происходит это также по принципу комплементарности. То есть к аденину в исходной цепочке пристыковывается тимин, к цитозину – гуанин, к тимину – аденин и к гуанину – цитозин. И так по всей длине, вне зависимости от того какой длины была первоначальная цепочка нуклеотидов.
Цепочки нуклеотидов, достроенные к каждой из нитей, являются полными копиями, тех нитей с которыми были переплетены первоначальные нити в молекуле ДНК. В результате этого и возникает удвоение, и на месте одной возникают две молекулы ДНК.
Длина молекулы ДНК может достигать сотен тысяч нанометров. То есть, длина подобной молекулы в несколько тысяч раз больше самых больших белковых молекул в развернутом виде.
В связи с этим, молекула ДНК, чтобы она могла уместиться в клетку, также как и молекулы белков была скручена определенным образом. То есть, две цепочки нуклеотидов, переплетенные между собой «в косичку», теперь уже вместе, свернуты винтообразно. В таком суперскрученном состоянии обычно и находятся данные молекулы в клетках.
Еще одним важнейшим свойством ДНК является взаимосвязь с молекулами белков организма, которому она принадлежит.
Заключается эта взаимосвязь в том, что в ДНК закодирована информация о структуре белков, из которых состоят все составные элементы живого организма. То есть, обо всех белках организма, которому она принадлежит.
Данная информация закодирована посредством молекулярной системы кодирования. Суть данной системы кодирования заключается в следующем: молекула ДНК представляет собой цепь из последовательно расположенных нуклеотидов, а белок – это цепь из последовательно расположенных аминокислот. Определенным сочетаниям последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле ДНК соответствуют определенные аминокислоты в молекулах белка. Причем каждой аминокислоте в молекуле белка соответствует сочетание из трех нуклеотидов в цепи ДНК.
Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о том, в какой последовательности расположены аминокислоты в одном белке, называется ген. В организмах даже самых маленьких вирусов и бактерий присутствует от нескольких сотен до нескольких тысяч разных видов белков. Соответственно количество генов, в молекулах их ДНК также достигает нескольких тысяч.
Всё это говорит о том, что в отношении ДНК, как и в отношении белков имеется большое разнообразие, а также глубокая продуманность в строении и в функционировании их структурных элементов.
РНК. Еще одним видом веществ, находящимся в составе живых существ, являются рибонуклеиновые кислоты (РНК).
Структура молекул РНК идентична структуре ДНК. Они также представляют собой цепочки, состоящие из большого числа нуклеотидов 4 видов, расставленных в строго определенных последовательности.
Но в отличие от ДНК они одноцепочные. Кроме того, углевод в РНК не дезоксирибоза, а рибоза. И вместо азотистого основания тимина в ней находится другое, близкое по строению основание, называемое урацил.
Среди РНК имеются рибосомные-РНК, матричные-РНК и транспортные-РНК.
Рибосомные-РНК – это молекулы РНК, которые входят в структуру рибосом – молекулярных устройств, осуществляющих производство белка.
Матричные-РНК – это молекулы РНК, которые являются копией того или иного участка ДНК. Они необходимы для передачи информации, закодированной в ДНК, рибосомам.
Транспортные-РНК – это небольшие молекулы РНК, состоящие примерно из 80 нуклеотидов и выполняющие функцию транспортировки аминокислот к рибосомам.
Для осуществления этих функций транспортные-РНК имеют особую структуру. Особенность этой структуры в том, что на ее верхнем дугообразном участке находится тройка нуклеотидов, соответствующая определенной аминокислоте.
Каждый вид транспортной-РНК, благодаря такому строению, способен транспортировать и помещать в рибосомы только определенный вид аминокислоты. Например, аминокислоту аргинин транспортирует только аргининовая транспортная-РНК, аминокислоту глицин – только глициновая транспортная-РНК и так далее.
Таким образом, РНК – это вещество, которое в клетках представлено в форме нескольких различных типов, каждый из которых имеет свои особенности строения и выполняет свои строго установленные функции. При том, что в целом основным назначением молекул РНК всех типов является обеспечение связи между ДНК и белками.
Углеводы. Помимо белков и нуклеиновых кислот, к веществам, которые присутствуют в живых организмах, относятся также углеводы.
Углеводы – это вещества, молекулы которых также представляют собой сложные соединения, образованные путем объединения атомов углерода, кислорода и водорода.
Самыми простыми из углеводов являются моносахариды – бесцветные растворимые в воде вещества. Самые распространенные из них – это глюкоза, фруктоза, рибоза и дезоксирибоза.
Простые углеводы имеют особое строение, благодаря которому они могут быть объединены в сложные углеводы, называемые полисахариды.
Молекулы сложных углеводов, полисахаридов, представляют собой длинные линейные или разветвленные цепочки простых углеводов, соединенных гликозидной связью.
Свойства высокомолекулярных сложных углеводов значительно отличаются от свойств простых углеводов из которых они состоят.
В клетке, богатые энергией, сложные углеводы подвергаются глубокому расщеплению. В ходе этого процесса высвобождается энергия, используемая для осуществления клетками живых организмов различных форм активности.
Простые углеводы, такие как рибоза и дезоксирибоза, присутствуют также и в конструкции других сложных молекул, а именно нуклеиновых кислот, играющих главнейшую роль в сохранении и передаче информации в живых организмах.
АТФ. К числу наиболее важных веществ, из имеющихся в живых существах, относится также аденозинтрифосфорная кислота, или сокращенно АТФ.
Данное вещество является нуклеотидом, в состав которого включены азотистое основание аденин, углевод рибоза и 3 остатка фосфорной кислоты.
АТФ – это очень неустойчивая конструкция. В живых организмах она является одним из самых часто обновляемых веществ.
Особенность АТФ заключается в том, что при гидролизе связей ее элементов освобождается существенное количество энергии. Так, при отщеплении одного моля фосфорной кислоты освобождается почти 40 кДж.
При этом отщепление одной молекулы фосфорной кислоты, приводит к тому, что АТФ преобразуется в АДФ аденозиндифосфорную кислоту, если две – то в аденозинмонофосфорную кислоту.
Освободившаяся энергия используется в клетках во всех процессах, протекающих с затратами энергии. Соответственно, АТФ – это вещество, которое является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, происходящих в живом организме.
Вода. Еще одним из важнейших веществ является вода. Вода в количественном соотношении стоит на первом месте среди всех веществ, существующих в структуре всех живых организмов. Она составляет почти 80% массы любой клетки. Именно она определяет такие физические свойства, как объем и упругость клетки.
Кроме того, вода включена в процесс формирования и стабилизации структур сложных веществ живого организма, в частности структуры белков.
Также вода обладает свойствами растворителя: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и так же при помощи воды отработанные продукты выводятся из нее. Помимо этого, вода является непосредственным участником многих химических реакций.
Это вещество распространено как в живой, так и в неживой материи, и имеет относительно простое строение своих молекул, но значимость ее ничуть не меньше всех остальных элементов живого организма.
Из всего этого мы можем заключить следующее. Все живые существа состоят из строго определенных веществ, все разновидности молекул которых представляют собой своего рода конструкторы, состоящие из огромного количества деталей. Каждая из которых имеет свое особое строение и необходима для выполнения определенных функций.
То есть, если на уровне атомов живые существа состоят из тех же элементов, что и объекты неживой природы, то уже на следующем молекулярном уровне они состоят из уникальных объектов, со своеобразной структурой, встречающейся только в них.
Забегая вперед, в отношении органических веществ также следует сказать и то, что молекулы данных веществ состоят в различных, взаимосвязанных между собой особых биологических устройствах. Выполняющих строго определенные задачи.
На следующем еще более высоком уровне уже сами эти биологические устройства входят в состав еще более сложных и упорядоченных структур.
При этом сами эти структуры входят в состав еще более сложных систем, а те в свою очередь, находятся в составе систем еще более высокого уровня. И так далее вплоть до структур организмов в целом.
§ Особенности живых существ.
Следующим сегментом темы живых существ, способной значительно расширить представления об этих объектах, является вопрос о том, какими отличительными особенностями они наделены? Какие разновидности их бывают? И какие характерные черты свойственны как каждой из этих разновидностей в отдельности, так и всем им вместе взятым?
§ Прокариоты.
Все живые существа делятся на несколько основных категорий или другими словами образцов. Представители каждого из них отличаются от представителей всех остальных образцов принципами своего внутреннего устройства и функционирования.
На сегодняшний день на Земле существует 4 основных образца живых существ, и одним из наиболее простых из них являются прокариоты.
К числу прокариот относятся две большие группы – бактерии и археи. Данные существа представляют собой объекты микроскопических размеров.
Внешне они имеют вид шариков, прямых, изогнутых или спиралевидных палочек, а также многие другие формы длиной от 1 тысячной до 1 сотой миллиметра. Некоторые археи имеют необычную прямоугольную или квадратную формы.
В данное время существует огромное количество подобных объектов различных видов. Несмотря на свои микроскопические размеры, все они имеют множество разнообразных особенностей. Обусловленных наличием в них невероятных по уникальности и сложности своей конструкции устройств.
Катализ. Одной из главных их особенностей является умение осуществлять разнообразные химические реакции. Эта способность имеет для них жизненноважное значение, так как обеспечивает осуществление почти всех, идущих в них, процессов.
Например, такой процесс как питание, который представляет собой усвоение веществ, необходимых для восполнения запаса энергии, реализации процессов роста и поддержания нормального течения многих других процессов, обусловлен именно этой способностью.
Способность осуществлять химические реакции имеется у прокариот благодаря тому, что в составе их организмов, в качестве составных элементов, присутствуют сконструированные особым образом белковые молекулы, выполняющие роль катализаторов.
То есть элементы, способные ускорять те или иные химические реакции, но не расходующиеся в процессе самой реакции. Называются такие белковые конструкции ферментами.
Ферменты ускоряют реакции, идущие в клетках, в десятки и сотни миллионов раз. Например, период полуреакции декарбоксилирования оротовой кислоты составляет 78 миллионов лет. В клетке с участием нужного фермента это происходит за, невероятные, 18 миллисекунд.
Скорость любой химической реакции зависит от свойств реагирующих веществ, от их концентрации, а также от температуры, при которой идет реакция.
По идее реакции в живом организме должны были бы протекать очень медленно. Так как химическая активность веществ в нем невелика, концентрация их большей частью незначительная и температура клеточной среды невысока. Но благодаря ферментам, реакции в живых организмах идут с большими скоростями.
Также для ферментов характерна высокая специфичность действия. Каждый из них был наделен свойствами конкретного катализатора. В связи с чем отвечает, как правило, только за одну реакцию. Например, фермент лактаза гидролизует только лактозу, и не действует даже на родственные углеводы.
То есть, каждый фермент выполняет строго определенную функцию, которую не может выполнить за него другой фермент.
Осуществляется это благодаря тому, что геометрическая структура каждого белка-фермента имеет активный центр, который совпадает со структурой субстрата – молекулы вещества, с которым он должен вступать во взаимодействие.
То есть, молекула белка-фермента и молекула вещества, которого он катализирует, имеют такую конструкцию, что подходят друг к другу, как ключ к замку.
Кроме того, благодаря тому, что ферменты в прокариотах имеют высокую каталитическую активность, небольшое количество фермента обеспечивает преобразование большого количества вещества, на которое он воздействует. Сам оставаясь при этом в свободном состоянии. Например, одна единица такого фермента, как химозин может свернуть 12 миллионов единиц молока.
Каждый фермент в прокариотах по сути представляет собой высокотехнологичное устройство, специализированное под выполнение определенных задач. И в силу того, что в составе представителей любого вида прокариот находятся сотни различных белков-ферментов, в них может осуществляться огромное количество различных реакций. Большая часть из которых может идти одновременно.
Большое количество ферментов в этих микроскопических организмах, для их правильной работы распределены строго упорядоченным образом. Одни из них функционируют только внутри клетки. Они катализируют реакции энергетического обмена и способствуют синтезу определенных веществ в ней. Другие – выделяются в окружающую среду для расщепления сложных веществ на простые. Что играет немаловажную роль, например, в том же питании.
Движение. Следующей необыкновенной особенностью, свойственной прокариотам, является способность к передвижению в жидкой среде или по твердой поверхности.
Данной особенностью были наделены многие виды бактерий. Перемещения таких организмов осуществляются благодаря специальному устройству для передвижений, называемое жгутик.
Жгутик бактерий представляет собой сложное устройство, в конструкцию которого входит более 50 составных частей, состоящих в общей сложности из примерно 240 различных белков, выполняющих строго определенные функции.
Одной из составных частей жгутика бактерий является филамент. Филаментом называется длинная хлыстообразная нить, торчащая из клетки наподобие хвоста.
Толщина филамента составляет 10-20 миллионных долей миллиметра, длина примерно от 0,003 до 0,015 миллиметров. Состоит он из молекул белка флагеллина, которые уложены по спирали особым образом. Внутри также предусмотрен центральный полый канал, который используется при росте жгутика.
Передвижение бактерии происходит в следствие волнообразных движений филамента. При этом сам филамент приводится в движение особым молекулярным двигателем, также являющимся составной частью жгутика.
Элементы этого двигателя расположены у прокариот в клеточной стенке и цитоплазматической мембране. Диаметр его составляет 30-40 нанометров, то есть 30-40 миллионных долей миллиметра, а основными частями являются: ротор – движущаяся часть, статор – стационарная часть, приводной вал и втулка, через которую приводной вал выходит наружу сквозь оболочку клетки.
В движение этот микродвигатель приводится потоком положительно заряженных ионов водорода, по сути, протонами водорода из межмембранного пространства клетки или внешней среды.
Поток протонов водорода приводит к изменениям в расположении атомов в белковых молекулах статора. Это изменение оказывает воздействие на белковые молекулы ротора, что в результате приводит его к вращательному движению и выталкиванию протонов внутрь клетки.
Для того, чтобы бактерия в случае необходимости могла незамедлительно прекращать движение, в устройстве двигателя жгутика имеется еще одна невероятная особенность – в нем было предусмотрено сцепление.
Данный элемент стыковывается с ротором двигателя жгутика, а точнее с кольцеобразной структурой в его основании. С помощью этого сцепления в двигателе вращающийся ведущий вал отключается от статора. Происходит это в результате взаимодействия белковой молекулы сцепления с белковой молекулой ротора. В результате которого в последней и происходит изменение, приводящее к отсоединению жгутика от двигателя при необходимости.
Еще более невероятной особенностью двигателя жгутика прокариот является то, что устроен он таким образом, что в нем в процессе работы могут заменяться элементы как его стационарной части (статора), так и его подвижной части (ротора).
То есть, другими словами этот двигатель сконструирован таким образом, что при необходимости в нем может осуществляться текущий ремонт без остановки его работы.
То есть, для способности к передвижению в конструкции прокариот имеется самый настоящий электродвигатель. Созданный с применением нанотехнологий.
Этот двигатель является одним из удивительнейших устройств в мире живых существ.
Эффективность преобразования энергии в этом двигателе у бактерий превышает 95%. На его работу прокариота расходует всего около 0,1% всей расходуемой энергии. И работает он на протяжении всей жизни прокариоты.
Скорость вращения этого двигателя около 200 оборотов в секунду. У некоторых бактерий до 1000 оборотов в секунду. А направление вращения может изменяться менее, чем за 0,1 сек или за 1\3 оборота.
Среди бактерий есть и те, что имеют несколько жгутиков. Их согласованное движение позволяет им перемещаться с огромной относительно их собственных размеров скоростью.
Скорость движения разных бактерий колеблется от 20 до 200 мкм в секунду. То есть, некоторые прокариоты при помощи жгутиков способны перемещаться за 1 секунду на расстояние в 30-40 раз превышающее их собственную длину.
Синтез белка. Еще одной невероятной особенностью, которой наделены прокариоты, является способность производить сложноустроенные белковые макромолекулы.
Все прокариоты наделены способностью осуществлять синтез подобных молекул, и не каких попало, а именно тех, из которых они сами и состоят.
Происходит это в прокариотах, главным образом благодаря наличию в них рибосом.
Рибосомы – это особые устройства микроскопических размеров, функцией которых является производство белка из имеющихся аминокислот. Находятся они внутри прокариот непосредственно в цитоплазме и являются их важнейшими составными частями.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.