Занимательная биология - Акимушкин Игорь Иванович (книги онлайн полные версии .txt) 📗
Потерянную «горячими» электронами энергию в клетке быстро подхватывают вещества-энерготранспортеры. Они функционируют по принципу аккумуляторной батареи: одни, заряжаясь энергией, переносят ее ко всем жизнедействующим органам клетки, где возникает потребность в энергии. Там разряжаются и в виде уже несколько иных веществ, с более бедными энергией химическими связями, снова возвращаются к хлорофиллу на подзарядку.
Аденозиндифосфат, или сокращенно АДФ, и аденозинтрифосфат — АТФ циркулируют в клетке между источником — хлорофиллом и потребителями, разнося небольшими порциями энергию.
АДФ — разряженная форма. Она заряжается, присоединяя одну фосфатную группу, и превращается в АТФ. В результате этого превращения энергия света преобразуется в энергию химических связей. Ведь АТФ на целую фосфатную группу богаче энергией, чем АДФ.
В тех органеллах клетки, где идет синтез глюкозы, белков, жиров или другие процессы, поглощающие энергию: мышечная работа, мышление, деление ядер и прочее, АТФ, потеряв фосфатную группу и вместе с ней часть энергии, снова превращается в АДФ.
И так без конца!
Биохимики еще не знают в точности, какие вещества — проводники электронов включаются в замкнутую цепь вокруг хлорофилла и, передавая друг другу «горячие» электроны, так сказать, «остужают» их. Извлеченную из электронов энергию они отдают на приготовление АТФ из АДФ.
Как «едят» свет животные
АТФ и АДФ — универсальные переносчики энергии в клетке, и в растительной и в животной. Благодаря их трудам в растениях идет изготовление глюкозы, жиров и белков. И в клетках животных энергию, извлеченную из этих веществ, разносят ко всем потребителям тоже молекулы АТФ.
Но прежде чем добыть из консервов энергию, нужно их вскрыть. Какой же консервный нож изобрела природа?
Нож этот — кислород! Окисляя органические вещества, медленно сжигая их в своих топках, клетки освобождают скрытую в них энергию.
Горение — это цепная реакция окисления. При ней сразу выделяется слишком много энергии. Ясно, что для клеток цепная реакция не годится, иначе они и сами сгорят. Здесь энергия должна поступать такими ультрамалыми дозами, чтобы молекулы не разрушались, вещества-транспортеры успевали ее всю разносить по потребителям, а клетка не перегревалась.
Консервы «расконсервируются» поэтапно. Сначала от глюкозы, например, отрываются два атома водорода и соединяются с кислородом. Образуется вода, и освобождается энергия, которую тут же подхватывают молекулы АДФ и, обратясь в АТФ, следуют по назначению. Затем еще два атома водорода в соединении с кислородом дают жизнь воде и полезной энергии и т. д. Когда весь водород кончается, вещества-регуляторы направляют кислород на атомы углерода. В результате имеем углекислый газ и опять освобожденную энергию.
Вещества-регуляторы, которые только что были упомянуты, это окислительные ферменты, иначе говоря, катализаторы. Без них медленное окисление невозможно. Они работают по конвейерной системе, располагаясь цепочкой в строгом порядке. Около шести разных ферментов передают друг другу атомы сжигаемого горючего. При каждой передаче освобождается небольшая порция энергии, заключенной в химических связях солнечных консервов.
Где же работают конвейеры окислительных ферментов? В каких топках сжигают клетки топливо жизни?
В митохондриях. Пора нам к ним вернуться.
Топливо жизни — переваренная и растворенная в крови пища и рядом с ней «консервный ключ» — кислород, соединенный с эритроцитами, текут по артериям. Кровь доставит их во все клетки тела. А там направятся они в митохондрии.
Митохондрий похож на сосуд с жидкостью, полость которого разделена неполными перегородками. В перегородках, во внутренней стенке и в жидкости, наполняющей митохондрий, помещаются конвейерные линии ферментов, расщепляющих глюкозу и заряжающих молекулы АДФ энергией. От 5 до 10 тысяч конвейерных линий в каждом митохондрии!
Четыре всемогущие буквы, иди суть всего сущего на земле
Уже после того, как митохондрии были открыты, электронный микроскоп помог биологам обнаружить в клетке еще одни очень важные для жизни частицы — мельчайшие тельца рибосомы. Лет пятнадцать назад о них и понятия не имели. А теперь мы знаем, что рибосомы — это ультрамалые, размером в сотые доли микрона, центры производства белка. В них из аминокислот создаются белки.
Аминокислоты — органические вещества, содержащие одновременно кислую и щелочную группу. В настоящее время их известно немногим больше двадцати. Соединяясь в разных сочетаниях друг с другом, аминокислоты образуют молекулы белков. В нашем теле десятки тысяч разносортных белков, и все они сложены из двух десятков аминокислот, соединившихся в каждом белке в характерной только для него последовательности.
Лишь недавно биохимики составили достаточно ясное представление о том, как идет такой синтез.
Прежде всего, как и для всякого другого производственного процесса, для синтеза белков необходимо сырье. Оно есть — аминокислоты. Растительные клетки создают их сами, в митохондриях, а клетки животных многие аминокислоты получают из переваренной пищи.
Нужны рабочие. Есть и они — ферменты. Нужна энергия — мы уже знаем, откуда она берется. Солнце и молекулы АТФ доставляют ее. Ферменты активизируют аминокислоты, а проще говоря, помогают им получить энергию от АТФ.
Молекула АТФ разрывается, и обе ее части соединяются с аминокислотой и ферментом в единый комплекс. Когда АТФ разрывается, энергия химических связей, скреплявшая ее, отдается аминокислоте. Та переходит на более высокий энергетический уровень и поэтому более энергично и активно вступает в химические реакции.
Вот тут в игру и входит РНК — рибонуклеиновая кислота. Ее роль в синтезе белков исключительно важна РНК выступает в двух лицах: РНК-переносчик транспортирует активизированную аминокислоту к другой РНК — матрице, которая диктует порядок сборки белка из аминокислот.
РНК-матрицы — они значительно длиннее транспортных — располагаются главным образом в рибосомах. Здесь идет массовое производство белков. Только некоторые особые белки синтезируются, по-видимому, в ядре и в митохондриях.
Итак, РНК-транспортер доставляет аминокислоту, предварительно наделенную нужной дозой энергии, прямо к РНК-матрице. Аминокислота на ее поверхности может удержаться не где попало, а только на строго определенном месте. Для каждой из двадцати аминокислот на поверхности синтезирующей белок РНК приготовлена своя якорная стоянка. Никакая другая аминокислота ее занять не может.
Каждые полсекунды аминокислота ложится к аминокислоте, всегда на свое место. Десятки и сотни, даже тысячи аминокислот выстраиваются в ряд на поверхности РНК. Затем аминокислоты соединяются друг с другом в длинную цепь, и готовая молекула белка соскакивает с нуклеиновой матрицы. Порядок построения аминокислот на РНК, а иначе говоря, формула будущего белка, зависит от химической структуры той РНК, на поверхности которой они выстраиваются.
А эту структуру, эту матрицу как бы штампует по своему образу и подобию другая рибонуклеиновая кислота — ДНК. РНК, химический шифр которой руководит синтезом белка, сама слепок, копия с ДНК. Молекула РНК «представляет собой как бы приводной ремень, передающий информацию от ядра к рибосомам», — говорит крупнейший наш генетик Николай Петрович Дубинин. А ДНК — это оригинал. Это первоисточник генетической информации. В ДНК и скрыта наша наследственность. Алфавитом, в котором всего четыре буквы и все слова, сложенные из них, трехбуквенные, закодированы в ней врожденные свойства живого организма.
Как закодированы?
Приблизительно так же, как человеческие мысли шифруются и передаются от человека к человеку в словах каждого языка. Все идеи человечества, все его бытовые навыки и все знания закодированы в какой-нибудь сотне тысяч слов. Каждое слово, или кодовая группа, состоит из букв. Их немного, несколько десятков. Буквы образуют алфавит. Таким образом, все богатства человеческой мысли, накопленные за тысячелетия, весь этот необъятный, казалось бы, арсенал знаний и идей может быть выражен, сохранен на полках библиотек и передан следующим поколениям в сочетаниях всего лишь нескольких десятков букв, или, как говорят кибернетики, символов.
