„Ląstelės yra pagrindiniai gyvybės vienetai ir suteikia jai mechanizmus, per kuriuos maistas ir saulės šviesa paverčiami tinkama energija
CHEMINĖS reakcijos, nuo kurių priklauso gyvybė, turi kažkur įvykti. Ta vieta yra ląstelė. Visi dalykai, kuriuos biologija pripažįsta neginčijamai gyvais, yra ląstelės arba ląstelių konglomeracijos (virusai patenka į ginčytiną teritoriją). Nuo XIX amžiaus vidurio ląstelė buvo laikoma pagrindiniu gyvybės vienetu.
Ląstelė reikalauja kažko, kad jos vidus nepatektų į išorę. Tai yra ląstelės membranos, lanksčios plėvelės, daugiausia sudarytos iš lipidų, vaidmuo. Tai mažos buožgalvio formos molekulės, kurių galvutės jaučiasi patogios vandenyje ir dvi uodegos, kurios jo vengia. Įdėjus į vandeninį tirpalą, jos natūraliai sudaro dvigubus sluoksnius, kuriuose vandeniui atsparios galvutės yra išorėje, o vandenio vengiančios dalys-viduje. Kai kurios augalų, grybelių ir bakterijų ląstelės naudoja tvirtesnes struktūras, vadinamas ląstelių sienelėmis, kaip papildomą įtvirtinimą už jų membranų. Tačiau ląstelę apibrėžia membrana.
Be to, membranų išdėstymas lemia, kokia ląstelė yra. Kai kurios būtybės daugiausia naudoja membranas savo perimetrams apibrėžti. Jie vadinami prokariotais ir būna dviejų rūšių - bakterijų ir archejų. Kituose jie taip pat naudojami struktūroms ląstelėse sukurti, ypač branduoliui, kuriame yra DNR, ant kurios rašomi genai. Tokiose ląstelėse gali būti dešimt ar 20 kartų daugiau membranų, nei jų paviršiuje. Jos vadinamos eukariotinėmis, graikiškai - iš tikrųjų turi branduoliais. Iš jų pagaminti padarai yra eukariotai.
Pasaulio prokariotinės ląstelės gerokai viršija jų eukariotų pusbrolius. Jūsų kūne yra tiek daug vienaląsčių prokariotų, gyvenančių jo viduje ir paviršiuje (daugiausia žarnyne), kiek eukariotinių ląstelių, sudarančių raumenis, nervus, kaulus, kraują ir pan. Kai kuriose Žemės biosferos dalyse, pavyzdžiui, vandenyno dugne, yra daugiau ar mažiau tik prokariotinė gyvybė.
Tačiau beveik viskas, ką jūs kada nors pažvelgėte ir pripažinote gyva-visi gyvūnai, augalai, grybai ir dumbliai-sudaryta iš eukariotinių ląstelių. Tokios ląstelės paprastai yra daug didesnės, nei beveik visos prokariotinės ir gali turėti daug didesnę formos ir funkcijos įvairovę. Jų universalumas pastebimas įvairiose jų formose: nuo sujungtų nervinių ląstelių sprogimų iki šliaužiančio kintančio amebos blizgesio.
Netgi prokariotinės ląstelės yra didelės, palyginti su jose esančiomis molekulėmis. Dviejų milijoninių metro dalių ilgio bakterija apima apie 3 mln. baltymų molekulių, taip pat jas apibūdinančią DNR, RNR, būtiną šiems aprašymams panaudoti, ir įvairias mažesnes molekules, kurias baltymai sukuria ir skaldo, vykdydami savo pareigas ( žr. ankstesnę biologijos apžvalgą). Be to, tokios bakterijos membranoje yra apie 20 m lipidų molekulių.
Bet jei laboratorijoje susintetintumėte visas toje bakterijoje aptiktas molekules (teoriškai tai yra visiškai įmanoma) ir supiltumėte jas į bakterijos dydžio maišelį, bakterijos negautumėte. Jūs gautumėte keistą netvarką. Ląstelė nėra tik turinio rinkinys. Tai taip pat yra procesų, vykstančių kartu, rinkinys. Vienintelis būdas sukurti langelį, kuriame yra visi reikalingi procesai, yra pradėti nuo kitos tokios ląstelės, kurioje jie tai jau daro. Maitinkite bakteriją reikiamomis maistinėmis medžiagomis ir augdama ji susintetins DNR molekulės, kurioje saugomas jos genomas, kopiją. Kai ji bus pakankamai didelė, kad padarytų visą tos DNR kopiją, ji bus padalinta į dvi dalis: viena DNR atsidurs vienoje ląstelėje, o kita - kitoje. Kaip ir bakterijoms, taip ir mutatis mutandis visam kitam gyvenimui, amžinai ir amžinai, amen.
Gyvybė susideda iš ląstelių ir ląstelių atsiranda iš jau egzistuojančių ląstelių. 30 trilijonų ląstelių, iš kurių susideda žmogaus kūnas, beveik visais atvejais galima atsekti į vieną apvaisintą kiaušialąstę, nuo kurios viskas prasidėjo (išimtis yra būklė, vadinama chimerizmu, kai du embrionai susilieja gimdoje ankstyvame vystymosi etape).
Iš visų procesų, besitęsiančių iš ląstelės į ląstelę, nė vienas nėra esmingesnis už tuos, kurie teikia gyvybės energijos. Jie visiškai priklauso nuo ląstelių membranų. Sąlygos abiejose membranos pusėse beveik visada bus skirtingos; skirtingų molekulių bus skirtingomis koncentracijomis. Tačiau termodinamikos dėsniai miglotai vertina skirtingas to, kas yra šalia, koncentracijas. Mažos molekulės ir jonai, kurie yra dažnesni vienoje membranos pusėje nei kitoje, pasiskirstys per ją, bandydami suvienodinti koncentracijas. Į tokias membranas įterpti baltymai siurbia molekules priešinga kryptimi, kad išlaikytų skirtumą tarp vidaus ir išorės. Tai nustatant vandenilio jonų gradientą-vandenilį su ištrauktais elektronais-per membraną, kuriame gyvi daiktai energiją paverčia chemine forma, kurią jie gali panaudoti.
Šis procesas priklauso nuo baltymų rinkinių, vadinamų elektronų transportavimo grandinėmis. Šie baltymai yra įterpti į membraną. Elektronų transportavimo grandinės baltymai perduoda elektronus vienas kitam taip, kad vandenilio jonai membranos viduje perkeliami į išorę. Taigi jonai kaupiasi lauke, o tai reiškia, kad gamtos polinkis išlyginti koncentraciją reikalauja, kad kai kurie iš jų sugrįžtų į vidų. Tai jie daro naudodami nuostabų baltymą, vadinamą ATF sintaze, arba tiesiog ATFazę. ATFazės molekulės suteikia kanalus per membraną, per kurią vandenilio jonai gali lengvai tekėti. Šis srautas duoda naudingos energijos, kaip vandens srautas per vandens malūną. Tai nėra tuščia metafora. ATFazę sudaro kelios dalys, iš kurių viena gali suktis kitų atžvilgiu. Kai jonai teka per baltymą, jie sukasi šiuo rotoriumi 6 000 aps./min. Jei girdėtumėte juos darbe, jie dūzgtų kažkur panašiai kaip G dvi oktavos žemiau vidurio C. Kita molekulės dalis naudoja šio besisukančio rotoriaus kinetinę energiją, kad pritvirtintų fosfato jonus prie molekulės, vadinamos adenozino difosfatu (ADF), gaminant adenozino trifosfatą arba ATF-ląstelių biologijos beveik visuotinį energijos nešėją. Beveik visais atvejais, kai ląstelinis procesas reikalauja energijos, ta energija gaunama, suskaidant ATF atgal į ADF. Aminorūgšties pridėjimas prie augančio baltymo sunaudoja maždaug penkias ATF. Membranos lipidų sintezė kainuoja apie vieną ATF už du naudojamus anglies atomus. Dvigubai padidėjusi bakterija naudoja apie 10 milijardų ATF, kad sukurtų visas reikalingas molekules, o tai reiškia, kad kiekviena iš maždaug 10 milijonų ADF molekulių, esančių bakterijoje, paverčiama ATF ir vėl suskaidoma 1000 kartų. Kad ATFazė suktųsi, ląstelė reikalauja nuolatinio elektronų srauto išilgai membranos susietų elektronų perdavimo grandinių.
Yra du tokių srautų kūrimo būdai: kvėpavimas ir fotosintezė. Kvėpavimas suskaido gliukozės molekules į anglies dioksidą ir vandenį per daugybę reakcijų, vadinamų citrinos rūgšties ciklu. Gliukozės molekulės vertės elektronai paprastai stumia dešimt vandenilio jonų per membraną, į kurią įterpta kvėpavimo elektronų perdavimo grandinė. Kai jie teka atgal per ATFazę, jie gali sukurti 20 ATF. Fotosintezė naudoja saulės energiją, kad išlaisvintų elektronus iš vandens molekulių, taip sukurdama deguonį ir vandenilio jonus, paruoštus stumti per membraną. Kai kurie tokiu būdu pagaminti ATF įgalina procesą, kuris sujungia tuos jonus su anglies dioksidu. Dar kelios cheminės reakcijos gamina cukrų, pvz., gliukozę, kuri vėliau virsta į visas kitas molekules, iš kurių susidaro gyvybė. Fotosintezė kaupia pasaulio biomasę; kvėpavimas ją suskaido.
Prokariotinėje ląstelėje membrana, kurioje yra elektronų perdavimo baltymai, yra ląstelę supanti membrana. Eukariotinėse ląstelėse kvėpavimas vyksta ląstelinėse struktūrose-organelėse-vadinamose mitochondrijomis. Jas sudaro sulankstytos membranos, kuriose gausu elektronų pernešimo grandinių. Jei yra daug mitochondrijų (žmonėms šimtai ar tūkstančiai vienoje ląstelėje nėra neįprasta), tai reiškia, kad tokios ląstelės gali generuoti daug ATP. Jei visos jūsų kūno mitochondrijų membranos būtų sujungtos ir išsidėsčiusios lygiai, jos padengtų kelias futbolo aikštes. Per mikroskopą kai kurios mitochondrijos atrodo, kaip bakterijos. Tai nėra atsitiktinumas, tai yra šeimos panašumas. Kai Žemė buvo šiek tiek daugiau, nei pusės savo dabartinio amžiaus, ty maždaug prieš 2 mlrd. metųviena archea ląstelė susiliejo su viena prokariotine. Kaip tiksliai jos tai padarė, toli gražu nėra aišku. Tačiau šis susijungimas sukūrė kažką tikrai naujo: pirmąją eukariotinę ląstelę. Mitochondrijos yra susijusios bakterijos palikuonės, kilmę neginčijamai įrodo tai, kad jos vis dar turi savo likusių genomų, kurie yra išskirtinai bakteriniai. Žmonėse šie maži mitochondrijų genomai yra vienintelė DNR, atskiriama nuo branduolio chromosomų. Visos mitochondrijos visuose pasaulio eukariotuose datuojamos tuo susijungimu. Panašiai chloroplastai-augaluose ir dumbliuose randamos fotosintezės organelės-datuojami vėlesniu įvykiu, kai eukariotas sugėrė fotosintezės bakteriją. Daugelis eukariotų liko vienaląsčiai, ir tai daro iki šiol. Tačiau kiti pradėjo formuoti kolonijas, kurios leido pasiskirstyti darbą tarp ląstelių ir skatino kurti specializuotas kūno dalis, vadinamas organais. Kurios yra kitos savaitės biologijos apžvalgos tema “. [1]
1. 1. "Layers of power; Cells and how to run them." The Economist, 7 Aug. 2021, p. 62(US).
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą