सेल मेसिनहरू

2016 मा, रसायनशास्त्र मा नोबेल पुरस्कार एक प्रभावशाली उपलब्धि को लागी सम्मानित गरिएको थियो - अणुहरूको संश्लेषण जसले यांत्रिक यन्त्रहरूको रूपमा कार्य गर्दछ। यद्यपि, यो भन्न सकिँदैन कि लघु मेसिनहरू सिर्जना गर्ने विचार मौलिक मानव विचार हो। र यस पटक प्रकृति पहिलो थियो।

पुरस्कृत आणविक मेसिनहरू (उनीहरूको बारेमा थप MT को जनवरी अंकको लेखमा) नयाँ प्रविधितर्फको पहिलो कदम हो जसले चाँडै हाम्रो जीवनलाई उल्टो पार्न सक्छ। तर सबै जीवित जीवहरूको शरीर न्यानोस्केल मेकानिजमहरूले भरिएको हुन्छ जसले कोशिकाहरूलाई प्रभावकारी रूपमा काम गर्दछ।

बिचमा…

... कोशिकाहरूमा न्यूक्लियस हुन्छ, र आनुवंशिक जानकारी यसमा भण्डार गरिन्छ (ब्याक्टेरियाको छुट्टै केन्द्रक हुँदैन)। डीएनए अणु आफैमा अचम्मको छ - यसमा 6 बिलियन भन्दा बढी तत्वहरू हुन्छन् (न्यूक्लियोटाइडहरू: नाइट्रोजनस आधार + डिओक्साइरिबोज चिनी + फस्फोरिक एसिड अवशेष), लगभग 2 मिटरको कुल लम्बाइको साथ धागोहरू बनाउँछ। र हामी यस सन्दर्भमा च्याम्पियन होइनौं, किनभने त्यहाँ जीवहरू छन् जसको डीएनएमा सयौं अरबौं न्यूक्लियोटाइडहरू छन्। यस्तो विशाल अणु नाङ्गो आँखाले नदेखिने न्यूक्लियसमा फिट हुनको लागि, DNA स्ट्र्यान्डहरू एकसाथ हेलिक्स (डबल हेलिक्स) मा घुमाइन्छ र हिस्टोन भनिने विशेष प्रोटीनहरू वरिपरि बेरिन्छ। यस डाटाबेससँग काम गर्नको लागि सेलसँग मेसिनहरूको विशेष सेट छ।

तपाईंले DNA मा समावेश जानकारी निरन्तर प्रयोग गर्नुपर्छ: तपाईंले हाल चाहिने प्रोटिनहरू (ट्रान्सक्रिप्शन) को लागि कोडहरू पढ्नुहोस्, र सेल (प्रतिकृति) विभाजन गर्न समय-समयमा सम्पूर्ण डाटाबेस प्रतिलिपि गर्नुहोस्। यी प्रत्येक चरणहरूमा न्यूक्लियोटाइड्सको हेलिक्स खोल्नु समावेश छ। यस गतिविधिको लागि, हेलिकेस इन्जाइम प्रयोग गरिन्छ, जुन सर्पिलमा सर्छ र - वेज जस्तै - यसलाई छुट्टै थ्रेडहरूमा विभाजित गर्दछ (यो सबै बिजुली जस्तो देखिन्छ)। इन्जाइमले सेलको विश्वव्यापी ऊर्जा वाहक - एटीपी (एडिनोसिन ट्राइफोस्फेट) को ब्रेकडाउनको परिणामको रूपमा जारी ऊर्जाको कारणले काम गर्दछ।

ATP अणु को मोडेल। फस्फेट अवशेषहरू (बायाँ) को संलग्न र अलगावले सेलुलर रासायनिक प्रतिक्रियाहरूमा ऊर्जा विनिमय प्रदान गर्दछ।

अब तपाइँ चेन टुक्राहरू प्रतिलिपि गर्न सुरु गर्न सक्नुहुन्छ, जुन RNA पोलिमरेजले गर्दछ, ATP मा समावेश ऊर्जा द्वारा संचालित। इन्जाइम DNA स्ट्र्यान्डसँगै सर्छ र RNA को एक क्षेत्र बनाउँछ (डियोक्साइरिबोजको सट्टा चिनी, राइबोज समावेश गर्दछ), जुन टेम्प्लेट हो जसमा प्रोटीनहरू संश्लेषित हुन्छन्। नतिजाको रूपमा, डीएनए सुरक्षित हुन्छ (निरन्तर उलझन र टुक्राहरू पढ्नबाट जोगिन), र थप रूपमा, प्रोटिनहरू कोशिकाभर सिर्जना गर्न सकिन्छ, न्युक्लियसमा मात्र होइन।

लगभग त्रुटि-रहित प्रतिलिपि DNA पोलिमरेज द्वारा प्रदान गरिएको छ, जसले RNA पोलिमरेज जस्तै कार्य गर्दछ। इन्जाइम थ्रेडसँगै सर्छ र यसको समकक्ष बनाउँछ। जब यो इन्जाइमको अर्को अणु दोस्रो स्ट्र्यान्डमा सर्छ, परिणाम DNA को दुई पूर्ण स्ट्र्यान्डहरू हुन्छन्। इन्जाइमलाई प्रतिलिपि गर्न, टुक्राहरूलाई सँगै बाँध्न र अनावश्यक खिंचाव चिन्हहरू हटाउन केही "सहायकहरू" चाहिन्छ। यद्यपि, डीएनए पोलिमरेजमा "निर्माण दोष" छ। यो केवल एक दिशा मा जान सक्छ। प्रतिकृतिको लागि तथाकथित स्टार्टरको सिर्जना आवश्यक छ, जहाँबाट वास्तविक प्रतिलिपि सुरु हुन्छ। एकपटक पूरा भएपछि, प्राइमरहरू हटाइन्छ र, पोलिमरेजको कुनै ब्याकअप नभएको कारणले, यो प्रत्येक DNA प्रतिलिपिसँग छोटो हुन्छ। थ्रेडको छेउमा टेलोमेरेस भनिने सुरक्षात्मक टुक्राहरू छन् जुन कुनै पनि प्रोटीनको लागि कोड गर्दैन। तिनीहरूको खपत पछि (मानिसहरूमा, लगभग 50 पुनरावृत्ति पछि), क्रोमोजोमहरू एकसाथ टाँसिन्छन् र त्रुटिहरूसँग पढिन्छन्, जसले कोशिकाको मृत्यु वा क्यान्सरमा रूपान्तरण गर्दछ। यसरी, हाम्रो जीवनको समय टेलोमेरिक घडी द्वारा मापन गरिन्छ।

DNA प्रतिलिपि गर्न धेरै इन्जाइमहरू सँगै काम गर्न आवश्यक छ।

डीएनए आकारको अणु स्थायी क्षतिबाट गुज्रिन्छ। इन्जाइमहरूको अर्को समूह, विशेष मेसिनको रूपमा पनि काम गर्ने, समस्या निवारणसँग सम्बन्धित छ। तिनीहरूको भूमिकाको व्याख्यालाई 2015 रसायनशास्त्र पुरस्कार प्रदान गरिएको थियो (थप जानकारीको लागि जनवरी 2016 लेख हेर्नुहोस्)।

भित्र…

... कोशिकाहरूमा साइटोप्लाज्म हुन्छ - कम्पोनेन्टहरूको निलम्बन जसले तिनीहरूलाई विभिन्न महत्त्वपूर्ण कार्यहरूले भर्दछ। सम्पूर्ण साइटोप्लाज्म प्रोटीन संरचनाहरूको नेटवर्कले ढाकिएको छ जसले साइटोस्केलेटन बनाउँछ। संकुचित माइक्रोफाइबरहरूले सेललाई यसको आकार परिवर्तन गर्न अनुमति दिन्छ, यसलाई क्रल गर्न र यसको आन्तरिक अंगहरू सार्न अनुमति दिन्छ। साइटोस्केलेटनले माइक्रोट्यूब्युलहरू पनि समावेश गर्दछ, अर्थात्। प्रोटीनबाट बनेको ट्यूब। यी एकदमै कठोर तत्वहरू हुन् (एउटै व्यासको एकल रडभन्दा खोक्रो ट्यूब सधैं कडा हुन्छ) जसले सेल बनाउँछ, र केही सबैभन्दा असामान्य आणविक मेसिनहरू तिनीहरूसँगै चल्छन् - हिड्ने प्रोटीनहरू (शाब्दिक रूपमा!)।

माइक्रोट्यूब्युलहरूमा विद्युतीय रूपमा चार्ज गरिएको छेउ हुन्छ। डाइनेन्स भनिने प्रोटिनहरू नकारात्मक खण्डतिर सर्छन्, जबकि काइन्सिनहरू विपरीत दिशामा सर्छन्। ATP को ब्रेकडाउनबाट निस्कने ऊर्जाको लागि धन्यवाद, हिड्ने प्रोटीनहरूको आकार (मोटर वा ट्राफिक प्रोटिन पनि भनिन्छ) चक्रमा परिवर्तन हुन्छ, जसले तिनीहरूलाई माइक्रोट्यूब्युलको सतहमा हाँस जस्तै सर्ने अनुमति दिन्छ। अणुहरू प्रोटीन "थ्रेड" संग सुसज्जित छन्, जसको अन्त्यमा अर्को ठूलो अणु वा फोहोर उत्पादनहरूले भरिएको बबल टाँस्न सक्छ। यो सबै एक रोबोट जस्तै छ, जो, झुल्के, तार द्वारा बेलुन तान्दछ। रोलिङ प्रोटिनले आवश्यक पदार्थहरूलाई कोशिकाको सही ठाउँहरूमा ढुवानी गर्छ र यसको आन्तरिक कम्पोनेन्टहरू सार्छ।

कोशिकामा हुने लगभग सबै प्रतिक्रियाहरू इन्जाइमहरूद्वारा नियन्त्रित हुन्छन्, जस बिना यी परिवर्तनहरू प्रायः कहिल्यै हुँदैनन्। इन्जाइमहरू उत्प्रेरकहरू हुन् जसले एक काम गर्न विशेष मेसिनहरू जस्तै कार्य गर्दछ (धेरै तिनीहरूले केवल एक विशेष प्रतिक्रियालाई गति दिन्छ)। तिनीहरूले रूपान्तरणको सब्सट्रेटहरू कब्जा गर्छन्, तिनीहरूलाई एकअर्कासँग उपयुक्त रूपमा व्यवस्थित गर्छन्, र प्रक्रियाको अन्त्य पछि तिनीहरू उत्पादनहरू जारी गर्छन् र फेरि काम गर्न थाल्छन्। अन्तहीन दोहोरिने कार्यहरू प्रदर्शन गर्ने औद्योगिक रोबोटसँगको सम्बन्ध पूर्ण रूपमा सत्य हो।

इन्ट्रासेलुलर ऊर्जा वाहकका अणुहरू रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको श्रृंखलाको उप-उत्पादनको रूपमा बनाइन्छ। यद्यपि, एटीपीको मुख्य स्रोत सेलको सबैभन्दा जटिल संयन्त्रको काम हो - एटीपी सिन्थेस। यस इन्जाइमको अणुहरूको सबैभन्दा ठूलो संख्या माइटोकोन्ड्रियामा अवस्थित छ, जसले सेलुलर "पावर प्लान्टहरू" को रूपमा कार्य गर्दछ।

एटीपी सिन्थेस - शीर्ष: निश्चित भाग

झिल्लीमा, ड्राइभ शाफ्ट, जिम्मेवार टुक्रा

एटीपी संश्लेषण को लागी

जैविक अक्सीकरणको प्रक्रियामा, हाइड्रोजन आयनहरू माइटोकोन्ड्रियाको व्यक्तिगत खण्डहरूको भित्री भागबाट बाहिर सारिन्छन्, जसले माइटोकोन्ड्रियल झिल्लीको दुबै छेउमा तिनीहरूको ढाँचा (एकाग्रता भिन्नता) सिर्जना गर्दछ। यो अवस्था अस्थिर छ र त्यहाँ एकाग्रताको लागि समानीकरणको लागि प्राकृतिक प्रवृत्ति छ, जुन एटीपी सिन्थेजले फाइदा लिन्छ। इन्जाइममा धेरै गतिशील र स्थिर भागहरू हुन्छन्। च्यानलहरू सहितको टुक्रा झिल्लीमा फिक्स गरिएको छ, जसको माध्यमबाट वातावरणबाट हाइड्रोजन आयनहरू माइटोकोन्ड्रियामा प्रवेश गर्न सक्छन्। तिनीहरूको आन्दोलनको कारणले गर्दा संरचनात्मक परिवर्तनहरूले इन्जाइमको अर्को भाग घुमाउँछ - एक लामो तत्व जसले ड्राइभ शाफ्टको रूपमा कार्य गर्दछ। रडको अर्को छेउमा, माइटोकोन्ड्रियन भित्र, प्रणालीको अर्को टुक्रा यसमा जोडिएको छ। शाफ्टको रोटेशनले आन्तरिक टुक्राको रोटेशन निम्त्याउँछ, जसमा, यसको केही स्थानहरूमा, एटीपी-निर्माण प्रतिक्रियाको सब्सट्रेटहरू संलग्न हुन्छन्, र त्यसपछि, रोटरको अन्य स्थानहरूमा, तयार-निर्मित उच्च-ऊर्जा कम्पाउन्ड। । जारी गरियो।

र यो समय मानव प्रविधि को दुनिया मा एक समानता पाउन गाह्रो छैन। केवल एक बिजुली जेनरेटर। हाइड्रोजन आयनहरूको प्रवाहले तत्वहरूलाई झिल्लीमा स्थिर आणविक मोटर भित्र सर्छ, जस्तै पानीको वाष्पको धाराबाट चल्ने टर्बाइनको ब्लेड। शाफ्टले ड्राइभलाई वास्तविक एटीपी उत्पादन प्रणालीमा स्थानान्तरण गर्दछ। धेरै इन्जाइमहरू जस्तै, सिन्थेजले अर्को दिशामा पनि कार्य गर्न सक्छ र एटीपीलाई तोड्न सक्छ। यो प्रक्रियाले एक आन्तरिक मोटरलाई गतिमा सेट गर्दछ जसले झिल्ली टुक्राको चल्ने भागहरूलाई शाफ्ट मार्फत चलाउँछ। यसले, बारीमा, माइटोकोन्ड्रियाबाट हाइड्रोजन आयनहरू बाहिर पम्प गर्न जान्छ। तसर्थ, पम्प विद्युतीय रूपमा संचालित छ। प्रकृति को आणविक चमत्कार।

सीमामा…

... कोशिका र वातावरणको बीचमा त्यहाँ कोशिका झिल्ली हुन्छ जसले आन्तरिक क्रमलाई बाह्य संसारको अराजकताबाट अलग गर्दछ। यसमा हाइड्रोफिलिक ("पानी-मायालु") भागहरू बाहिरी भागहरू र हाइड्रोफोबिक ("पानी-छोड्ने") भागहरू एकअर्का तर्फ अणुहरूको दोहोरो तहहरू हुन्छन्। झिल्लीमा धेरै प्रोटीन अणुहरू पनि हुन्छन्। शरीरले वातावरणको सम्पर्कमा आउनु पर्छ: यसलाई आवश्यक पर्ने पदार्थहरू अवशोषित गर्नुहोस् र फोहोर छोड्नुहोस्। साना अणुहरू (उदाहरणका लागि, पानी) भएका केही रासायनिक यौगिकहरू एकाग्रता ढाँचा अनुसार दुवै दिशामा झिल्लीबाट पार गर्न सक्छन्। अरूको प्रसार गाह्रो छ, र सेल आफैंले तिनीहरूको अवशोषण विनियमित गर्दछ। यसबाहेक, सेलुलर मेसिनहरू प्रसारणको लागि प्रयोग गरिन्छ - कन्वेयर र आयन च्यानलहरू।

कन्वेयरले आयन वा अणुलाई बाँध्छ र त्यसपछि झिल्लीको अर्को छेउमा (जब झिल्ली आफैं सानो हुन्छ) वा - जब यो सम्पूर्ण झिल्लीबाट गुज्र्छ - एकत्रित कणलाई सार्छ र अर्को छेउमा छोड्छ। निस्सन्देह, कन्वेयरहरू दुबै तरिकाले काम गर्छन् र धेरै "फनिक्की" हुन्छन् - तिनीहरू प्रायः एक प्रकारको पदार्थ मात्र ढुवानी गर्छन्। आयन च्यानलहरूले समान कार्य प्रभाव देखाउँछन्, तर फरक संयन्त्र। तिनीहरू फिल्टरसँग तुलना गर्न सकिन्छ। आयन च्यानलहरू मार्फत यातायात सामान्यतया एकाग्रता ढाँचा (उच्च देखि कम आयन सांद्रता तिनीहरू स्तर बन्द नभएसम्म) पालना गर्दछ। अर्कोतर्फ, इन्ट्रासेलुलर मेकानिजमहरूले मार्गहरू खोल्ने र बन्द गर्ने कार्यलाई विनियमित गर्दछ। आयन च्यानलहरूले कणहरू पार गर्नको लागि उच्च चयनशीलता पनि प्रदर्शन गर्दछ।

आयन च्यानल (बायाँ) र पाइपलाइनहरू सञ्चालनमा छन्

ब्याक्टेरियल फ्ल्यागेलम एक साँचो ड्राइभिङ संयन्त्र हो

कोशिका झिल्लीमा अर्को रोचक आणविक मेसिन छ - फ्ल्यागेलम ड्राइभ, जसले ब्याक्टेरियाको सक्रिय आन्दोलन सुनिश्चित गर्दछ। यो एक प्रोटीन इन्जिन हो जसमा दुई भागहरू हुन्छन्: एक निश्चित भाग (स्टेटर) र घुमाउने भाग (रोटर)। कोशिकामा झिल्लीबाट हाइड्रोजन आयनको प्रवाहको कारणले आन्दोलन हुन्छ। तिनीहरू स्टेटरमा च्यानलमा प्रवेश गर्छन् र टाढाको भागमा, जुन रोटरमा अवस्थित छ। सेल भित्र जानको लागि, हाइड्रोजन आयनहरूले च्यानलको अर्को खण्डमा आफ्नो बाटो खोज्नुपर्छ, जुन फेरि स्टेटरमा छ। यद्यपि, च्यानलहरू कन्भर्ज हुनको लागि रोटर घुमाउनुपर्छ। रोटरको अन्त्य, पिंजराभन्दा बाहिर फैलिएको, घुमाउरो छ, यसमा लचिलो फ्ल्यागेलम जोडिएको छ, हेलिकप्टर प्रोपेलर जस्तै घुमाउँदै।

मलाई विश्वास छ कि सेलुलर मेकानिज्मको यो आवश्यक रूपमा संक्षिप्त सिंहावलोकनले यो स्पष्ट पार्नेछ कि नोबेल पुरस्कार विजेताहरूको विजयी डिजाइनहरू, तिनीहरूको उपलब्धिहरूबाट विचलित नगरी, अझै पनि विकासको सिर्जनाको पूर्णताबाट टाढा छन्।