Nā mīkini kelepona

Hāʻawi ʻia ka 2016 Nobel Prize in Chemistry no ka hoʻokō maikaʻi ʻana o ka synthesizing molekala e hana like me nā mīkini. Eia naʻe, ʻaʻole hiki ke ʻōlelo ʻia he manaʻo kanaka maoli ka manaʻo o ka hana ʻana i nā mīkini liʻiliʻi. A ʻo kēia manawa ʻo ke ʻano ka mea mua.

ʻO nā mīkini molekala i hāʻawi ʻia (ʻoi aku e pili ana iā lākou ma ka ʻatikala mai ka pukana o Ianuali o MT) ka hana mua i kahi ʻenehana hou e hiki koke ke hoʻololi i ko mākou ola. Akā, ua piha nā kino o nā mea ola a pau i nā mīkini nano-nui e kākoʻo ana i ka hana pono o nā pūnaewele.

Ma ke kikowaena…

... aia kekahi nucleus i loko o nā cell, a mālama ʻia ka ʻike genetic i loko (ʻaʻole he nucleus kaʻawale ka bacteria). He mea kupanaha ka mole DNA pono'ī - aia ma mua o 6 billion mau mea (nucleotides: nitrogenous base + deoxyribose sugar + phosphoric acid koena), e hana ana i nā kaula me ka lōʻihi o 2 mika. ʻAʻole mākou he mau mea paʻa moʻolelo ma kēia ʻano, no ka mea, aia nā mea ola nona ka DNA he mau haneli haneli mau nucleotides. No ka hoʻokomo ʻana i ia mole nui i loko o ka nucleus, ʻaʻole ʻike ʻia e ka maka ʻōlohelohe, ua wili pū ʻia nā kaula DNA i kahi helix (double helix) a ʻōwili ʻia i nā protein kūikawā i kapa ʻia ʻo histones. Loaʻa i ka cell kahi pūʻulu kūikawā o nā mīkini e hana me kēia waihona.

Pono ʻoe e hoʻohana mau i ka ʻike i loko o ka DNA: e heluhelu i nā kaʻina i hoʻopaʻa ʻia no nā protein āu e pono ai i ka manawa i hāʻawi ʻia (transcription), a i kēlā me kēia manawa e kope i ka ʻikepili holoʻokoʻa e puʻunaue i ke kelepona (replication). ʻO kēlā me kēia mau ʻanuʻu e pili ana i ka wehe ʻana i ka nucleotide helix. Ke hoʻohana nei kēia haʻawina i ka enzyme helicase, e neʻe ana ma ka spiral a - e like me ka wili - hoʻokaʻawale iā ia i loko o nā kaula pākahi (ua like ka mea holoʻokoʻa me ka uila). Hoʻohana ka enzyme me ka hoʻohana ʻana i ka ikehu i hoʻokuʻu ʻia ma muli o ka haki ʻana o ka mea lawe ikehu honua āpau - ATP (adenosine triphosphate).

Ke kumu hoʻohālike o ka mole ATP. ʻO ka hoʻohui ʻana a me ka wehe ʻana o nā koena phosphate (hema) e hoʻololi i ka hoʻololi ʻana o ka ikehu i nā hopena kemika cellular.

I kēia manawa hiki iā ʻoe ke hoʻomaka e kope i nā ʻāpana o nā kaulahao, i hana ʻia e RNA polymerase, i alakaʻi ʻia e ka ikehu i loko o ATP. Ke neʻe nei ka enzyme ma ke kaula DNA a hoʻokumu i kahi ʻāpana o RNA (i loko o ke kō, ribose ma kahi o ka deoxyribose), ʻo ia ke kumu i hoʻohui ʻia ai nā protein. ʻO ka hopena, mālama ʻia ka DNA (e pale i ka wehe mau ʻana a me ka heluhelu ʻana i nā ʻāpana) a, ʻoi aku, hiki ke hana ʻia nā protein i loko o ke kelepona, ʻaʻole wale i loko o ka nucleus.

Hāʻawi ʻia kahi kope hewa ʻole e ka DNA polymerase, e hana like me RNA polymerase. Holo ka enzyme ma ke kaula a kūkulu i kona hoa. Ke neʻe nei kekahi mole o kēia enzyme ma ke kaula ʻelua, ʻo ka hopena he ʻelua helices DNA piha. Pono ka enzyme i kekahi mau "kōkua" e hoʻomaka i ke kope ʻana, e hoʻopili i nā ʻāpana a me ka wehe ʻana i nā kaha kikoʻī pono ʻole. Eia naʻe, loaʻa i ka DNA polymerase kahi "hemahema hana". Hiki iā ia ke neʻe i ka ʻaoʻao hoʻokahi. Pono ka hana hou ʻana i kahi mea i kapa ʻia he starter, kahi e hoʻomaka ai ke kope maoli. Ke hoʻopau ʻia, wehe ʻia nā kumu mua a, no ka mea ʻaʻohe o ka polymerase backup, ua pōkole ia me kēlā me kēia kope o ka DNA. Aia ma nā wēlau o ke kaula he mau ʻāpana pale i kapa ʻia ʻo telomeres, ʻaʻole ia e hoʻopaʻa inoa no nā protein. Ma hope o kā lākou ʻai ʻana (i ke kanaka, ma hope o 50 repetitions), pili pū nā chromosomes a heluhelu hewa ʻia, ʻo ia ka mea e make ai ke kelepona a i ʻole kona hoʻololi ʻana i ke kanesa. No laila, ana ʻia ko mākou manawa ola e ka uaki telomere.

Pono ke kope ʻana i ka DNA i nā enzymes e hana pū.

ʻO kahi mole ka nui o ka DNA e pili ana i ka pōʻino mau. ʻO kekahi hui o nā enzymes, e hana pū ana me nā mīkini kūikawā, e hana i nā hemahema. Hāʻawi ʻia ka wehewehe ʻana i kā lākou kuleana i ka makana kemika ma 2015 (e nānā i ka ʻatikala Ianuali 2016 no ka ʻike hou aku).

I loko…

...he cytoplasm ko nā cell - he hoʻokuʻu ʻia o nā ʻāpana e hoʻopiha iā lākou me nā hana koʻikoʻi. Ua uhi ʻia ka cytoplasm holoʻokoʻa me kahi pūnaewele o nā hale protein e hana ai i ka cytoskeleton. Hiki i nā microfibers contractile ke hoʻololi i kona ʻano, e ʻae iā ia e kolo a hoʻoneʻe i kona mau ʻāpana o loko. ʻO ka cytoskeleton pū kekahi microtubules, i.e. nā paipu i loaʻa i nā molekole protein. He mau mea ʻoʻoleʻa loa kēia (ʻoi aku ka ʻoi aku o ka ʻoi aku o ka ʻoʻoleʻa ma mua o ke koʻokoʻo hoʻokahi o ke anawaena hoʻokahi) i hoʻokumu ʻia i ka cell, a ʻo kekahi o nā mīkini molekala ʻokoʻa ke neʻe nei me lākou - nā protein hele (ʻoiaʻiʻo!).

Loaʻa i nā microtubules nā hopena uila. ʻO nā protein i kapa ʻia ʻo dyneins e neʻe i ka ʻāpana maikaʻi ʻole, aʻo nā kinesins e neʻe i ka ʻaoʻao ʻē aʻe. Mahalo i ka ikehu i hoʻokuʻu ʻia mai ka haʻihaʻi ʻana o ATP, ke ʻano o nā protein hele wāwae (ʻike pū ʻia ʻo ka moto a i ʻole nā ​​​​protein transport) e hoʻololi i ka cyclical, e ʻae iā lākou e neʻe e like me ka ʻeke ma ka ʻili o nā microtubules. Hoʻolako ʻia nā molela me kahi "thread" protein, a hiki i ka hopena o kahi mole nui ʻē aʻe a i ʻole kahi ʻōpala i hoʻopiha ʻia me nā huahana ʻōpala e hiki ke hoʻopili. Ua like kēia mau mea a pau me kahi lopako nāna e hoʻoluliluli, huki i ka baluna ma kahi kaula. Lawe nā protein rolling i nā mea pono i nā wahi kūpono i loko o ke kelepona a neʻe i kona mau mea i loko.

ʻAneʻane e hoʻomalu ʻia nā hopena a pau i loko o ke kelepona e nā enzymes, me ka ʻole o kēia mau loli ʻaneʻane ʻaʻole loa e hiki mai. ʻO nā Enzymes nā mea hoʻoheheʻe e hana ma ke ʻano he mīkini kūikawā e hana i hoʻokahi mea (ʻo ka manawa pinepine lākou e wikiwiki i hoʻokahi pane kikoʻī). Hopu lākou i nā substrates hoʻololi, hoʻonohonoho pono iā lākou i kekahi i kekahi, a ma hope o ka pau ʻana o ke kaʻina hana, hoʻokuʻu lākou i nā huahana a hoʻomaka e hana hou. ʻO ka hui pū ʻana me kahi lopako ʻenehana e hana ana i nā hana hoʻomau mau ʻole he pololei loa.

Hoʻokumu ʻia nā molekele lawe ʻana i ka ikehu intracellular ma ke ʻano he hopena o ke ʻano o nā hopena kemika. Eia naʻe, ʻo ke kumu nui o ATP ka hana o ka mīkini paʻakikī paʻakikī - ATP synthase. Loaʻa ka helu nui o nā mole o kēia enzyme i ka mitochondria, e hana ana ma ke ʻano he "mea kanu mana".

ATP synthase – luna: ʻāpana heleuma

i loko o ka membrane, kaʻa kaʻa, ʻāpana kuleana

no ka hoʻohui ATP

I ka wā o ke kaʻina hana o ka biological oxidation, lawe ʻia nā ion hydrogen mai loko o kēlā me kēia ʻāpana o ka mitochondria i waho, kahi e hana ai i kā lākou gradient (ʻokoʻa concentration) ma nā ʻaoʻao ʻelua o ka membrane mitochondrial. ʻAʻole paʻa kēia kūlana a aia kahi ʻano kūlohelohe e hoʻohālikelike i nā ʻano, ʻo ia ka mea e pono ai ka ATP synthase. Aia kekahi enzyme i kekahi mau ʻāpana neʻe a paʻa. ʻO kahi ʻāpana me nā alahele e hiki ai i nā ion hydrogen mai ke kaiapuni ke komo i loko o ka mitochondria ua paʻa i ka membrane. ʻO nā hoʻololi hoʻololi i hana ʻia e kā lākou neʻe ʻana e hoʻohuli i kahi ʻāpana ʻē aʻe o ka enzyme - kahi mea elongated e hana ana ma ke ʻano he kumu hoʻokele. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe o ke koʻokoʻo, i loko o ka mitochondria, ua hoʻopili ʻia kekahi ʻāpana o ka ʻōnaehana. ʻO ka hoʻololi ʻana o ka lāʻau e hoʻohuli ai i ka ʻāpana o loko, kahi - ma kekahi mau kūlana - hoʻopili ʻia nā substrates o ka hopena ATP-forming, a laila - ma nā kūlana ʻē aʻe o ka rotor - ka hoʻohuihui ikaika kiʻekiʻe. hookuuia.

A i kēia manawa ʻaʻole paʻakikī ka loaʻa ʻana o kahi hoʻohālikelike i ka honua o ka ʻenehana kanaka. He uila uila wale nō. ʻO ke kahe ʻana o nā iona hydrogen e neʻe ai nā mea i loko o kahi kaʻa molekala i hoʻopaʻa ʻole ʻia i loko o ka membrane, e like me nā lau turbine i alakaʻi ʻia e ke kahawai wai. Hoʻouna ka shaft i ke kaʻa i ka ʻōnaehana hana ATP maoli. E like me ka nui o nā enzymes, hiki i ka synthase ke hana i kekahi ʻaoʻao a wāwahi i ka ATP. ʻO kēia kaʻina hana e hoʻokele i kahi kaʻa i loko, e hoʻokele i nā ʻāpana neʻe o ka ʻāpana membrane. ʻO kēia, ke alakaʻi nei i ka paila ʻana i nā ion hydrogen mai ka mitochondria. No laila, he pamu uila. Molecular miracle o ke ano.

Ma ka palena…

...Ma waena o ke kelepona a me ke kaiapuni aia kekahi membrane cell e hoʻokaʻawale i ka hoʻonohonoho o loko mai ka haunaele o ka honua waho. Aia ia me kahi papalua o nā molekala, me nā ʻāpana hydrophilic ("aloha wai") e kū ana i waho a me nā ʻāpana hydrophobic ("ʻalo i ka wai") e kū pono ana kekahi i kekahi. Aia i loko o ka membrane nā molekole protein. Pono ke kino e hoʻopili i ke kaiapuni: e hoʻomohu i nā mea e pono ai a hoʻokuʻu i ka ʻōpala. Hiki i kekahi mau kinikini mole liʻiliʻi (e like me ka wai) ke hele i loko o ka membrane ma nā ʻaoʻao ʻelua e like me ka gradient concentrate. He paʻakikī ka laha ʻana o nā mea ʻē aʻe, a ʻo ke kelepona ponoʻī e hoʻoponopono i kā lākou absorption. Ma hope aʻe, hoʻohana ʻia nā mīkini kelepona—mea hoʻoili a me nā kaila ion—no ka hoʻouna ʻana.

Hoʻopaʻa ka conveyor i kahi ion a i ʻole mole a laila hoʻoneʻe me ia i kēlā ʻaoʻao o ka membrane (inā liʻiliʻi ʻo ia iho) a i ʻole - ke hele ʻo ia i loko o ka membrane holoʻokoʻa - hoʻoneʻe i ka ʻāpana i hōʻiliʻili ʻia a hoʻokuʻu iā ia ma kekahi ʻaoʻao. ʻOiaʻiʻo, hana nā mea lawe i nā ala ʻelua a "pili" loa - lawe pinepine lākou i hoʻokahi ʻano mea. Hōʻike nā ala Ion i kahi hopena hana like akā he ʻano hana ʻokoʻa. Hiki iā lākou ke hoʻohālikelike i kahi kānana. ʻO ka lawe ʻana ma o nā ʻanuʻu ion e hahai maʻamau i kahi gradient kukū (mai ke kiʻekiʻe a hiki i ka haʻahaʻa haʻahaʻa a hiki i ka pae ʻana). Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, hoʻoponopono nā mīkini intracellular i ka wehe a me ka pani ʻana o nā paukū. Hōʻike pū nā ala Ion i ke koho kiʻekiʻe i nā ʻāpana e hele ana.

Ion channel (hema) a me nā paipu i ka hana

ʻO ka flagellum bacteria he mīkini hoʻokele maoli

Aia kekahi mīkini molekala hoihoi i loko o ka membrane cell - ka flagellum drive, kahi e hōʻoia ai i ka neʻe ʻana o ka bacteria. He kaʻa kaʻa protein ʻelua mau ʻāpana: kahi ʻāpana kū (stator) a me kahi ʻāpana wili (rotor). ʻO ka neʻe ʻana ma muli o ke kahe ʻana o nā ion hydrogen mai ka membrane i loko o ke kelepona. Hoʻokomo lākou i ke kahawai i ka stator a laila i ka ʻāpana distal, aia i loko o ka rotor. No ke komo ʻana i loko o ke kelepona, pono e ʻimi nā ion hydrogen i ko lākou ala i ka ʻāpana aʻe o ke kahawai, aia hou i ka stator. Eia naʻe, pono e hoʻololi ka rotor no ka hui ʻana o nā kahawai. ʻO ka hope o ka rotor, e kū ana ma waho o ke kelepona, ua ʻāwili ʻia, a ua hoʻopili ʻia kahi flagellum maʻalahi iā ia, e hoʻohuli ana e like me ka rotor helicopter.

Ke manaʻoʻiʻo nei au ʻo kēia ʻike pōkole pōkole o ka mīkini kelepona e hoʻomaopopo i nā hoʻolālā lanakila o nā mea lanakila no ka Nobel Prize, me ka ʻole o ka hōʻemi ʻana i kā lākou hoʻokō ʻana, ʻaʻole i mamao loa mai nā hana kūpono o ka evolution.