Клетка: структура, рост. Ферменты (стр. 4 из 4)

Рис. 3.4. Структура фермента карбоксипептидазы

На рисунке показано, как аминокислоты (обозначенные буквенными сокращениями с порядковыми номерами) образуют активный центр именно той формы, которая необходима для проведения определенной химической реакции. Этот пищеварительный фермент расщепляет белковые молекулы пищи. В реакции участвует ион цинка (Zn). Поперечными черточками обозначены взаимодействия атомов и молекул

Некоторые ферменты постоянно добавляют новые молекулы, а другие ферменты удаляют молекулы и посылают их по разным путям метаболизма.

Другие ферменты, или ферментообразные белки, транспортируют молекулы через клеточные мембраны. Мембраны представляют собой тонкий слой липидов и белков (рис. 3.5а), практически непроницаемый для большинства мелких молекул и ионов, однако транспортные белки могут доставлять молекулы внутрь клетки или выводить их наружу, а также перемещать их между разными отделами клетки. На рис. 3.5б показано, как может действовать один из видов транспортных белков. Белок, расположенный в липидном слое, образует канал. Внутри этого канала имеются участки определенной формы, которые, как и активный центр, могут присоединять к себе молекулы исключительно специфической формы. Когда молекула заходит в канал с одной стороны мембраны и присоединяется к активному участку, белок сокращается и выталкивает молекулу через канал с другой стороны мембраны.

Рис. 3.5: а – клеточная мембрана представляет собой тонкий двойной слой молекул липидов с вкраплениями разного рода белков

Большинство молекул, неспособных растворяться в жире, не может пройти через этот липидный слой; б – через транспортные белки проходит узкий сквозной канал. Отдельные мелкие молекулы, или ионы, с одной стороны мембраны присоединяются к участкам этого канала, после чего белок меняет форму и выпускает эти молекулы с другой стороны мембраны

Некоторые транспортные белки используют энергию для того, чтобы накапливать одни виды молекул внутри клетки и выводить другие наружу, регулируя таким образом состав внутриклеточной жидкости.

5. Синтез полимеров

При первичных метаболических процессах синтезируются все аминокислоты, сахара, липиды и другие небольшие молекулы клетки, которые идут на образование таких макромолекул, как белки и полисахариды. После этого синтезировать простой полимер вроде целлюлозы не так уж сложно. Молекула целлюлозы состоит из множества молекул глюкозы, и один из ферментов соединяет их в одну большую цепь.

Синтез белков более сложный. Белки состоят из 20 аминокислот, которые могут соединяться в любом количестве и в любом порядке. Для каждого белка характерна определенная последовательность аминокислот. Любая клетка, например костного мозга, синтезирующая гемоглобин, должна получить «инструкции», в какой последовательности следует соединять аминокислоты. Другими словами, ей необходима информация. Именно благодаря информации мы делаем правильный выбор из множества возможных вариантов. Если нужно набрать телефонный номер друга или узнать высоту Эйфелевой башни, необходимо узнать верное число из всех возможных чисел. Точно так же информация о структуре белка определяет последовательность его аминокислот, например: Ser–Gly–Ala–Ala–Val – Glu-His-Val – … и т.д. Отсюда следует вывод, что в организме должны быть какие-то носители информации, причем в молекулярном виде. Если в организме человека производится около 50 тысяч видов белков, то в клетках человека должна находиться и «инструкция» по сборке этих белков.

Понятно, что этот информационный носитель и является наследственным материалом, так как именно его структура определяет все параметры организма. Каждый организм получает «инструкции» от своих родителей. Каждое поколение передает следующему «инструкции» по сборке специфических белков, а уже от них зависит и внешний вид потомства (окраска волос, рост, форма мочек ушей).

Наследственная информация определяет структуру всех белков организма.

Не будем забегать вперед и объяснять, каким образом передается эта информация и как устроены ее носители. Этому посвящена вся наша книга. Правда, в наши дни каждый знает, что наследственная информация заключена в ДНК – в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты. Дезоксирибонуклеиновые кислоты – это еще один вид полимеров, отличающийся от белков и полисахаридов, и мы подробнее опишем их в гл. 7. Пока важно знать, что ДНК состоит из четырех видов мономеров, которые могут располагаться в любой последовательности. Эта последовательность передает информацию, необходимую для строительства белков. В конечном счете мы увидим, что ген – это отрезок ДНК, ответственный за производство отдельного вида белка. Кроме того, молекулы ДНК не только переносят информацию, но и воспроизводят себя. Таким образом, копии молекул ДНК передаются каждой новой клетке и последующим поколениям организмов. Это положение u1080 и составляет основу современного учения о наследственности.

Клетки как фабрики по самовоспроизводству и самообновлению

Заключение

Постараемся еще раз представить, как работает организм. Из окружающей среды он получает вещество-сырье и по различным путям метаболизма превращает его в молекулы своей структуры – делает из первичных продуктов мономеры, а затем и полимеры. Но что представляют собой полимеры? В большинстве случаев это те же ферменты, с помощью которых организм производит мономеры, а затем и полимеры. Идея ясна: организм состоит из структур, которые производят сами себя. Белки получают информацию о своем производстве от молекул нуклеиновых кислот, в основном от дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК. Полный набор ДНК образует геном клетки. В то же время геном – это физическая структура, содержащая все гены. Наследственная, или генетическая, информация определяет, как производить структуры жизни – катализаторы, да и сам геном. Как только клетка накапливает достаточно новых веществ и структур, она делится, после чего процесс начинаются заново. Поэтому можно сказать, что клетка, эта фундаментальная единица жизни, представляет собой не что иное, как механизм, запрограммированный на самовоспроизводство.