Skip to content Протеините: градивото на живота
Лесно е да се разбере как генетичният контрол се е превърнал в метафора, докато учените с неповторимо вълнение са се взирали в механизмите на ДНК. Органичните химици открили, че клетките са съставени от четири типа много големи по размер молекули: полизахариди (сложни захариди), липиди (мазнини), ядрени киселини (ДНК/РНК) и протеини (белтъчини). Въпреки че на клетките са необходими и четирите вида молекули, протеините са най-важни за живите организми. В повечето случаи нашите клетки представляват постройка от протеинови тухли. Ето защо бихме могли да гледаме на съставените ни от трилиони клетки тела като на протеинови машини, въпреки че – както знаете – аз смятам, че хората са нещо повече от машини! Звучи просто, но не е. Като начало, необходими са над 100 000 различни видове протеини, за да функционират телата ни.
Да разгледаме по-отблизо как са устроени тези над 100 000 протеина. Всеки протеин е линейна нишка от скачени молекули аминокиселини, подобно на детско герданче от кръгли мъниста като това на снимката.
Всяко мънисто представлява една от двадесетте молекули аминокиселини, използвани от клетките. Въпреки че сравнението с мъниста ми допада, защото всеки е виждал такива, то не е съвсем точно, защото всяка аминокиселина леко се различава от останалите. Така че, за да съм напълно точен, трябва да си представите герданче от различни по размер мъниста.
И за да съм още по-точен, трябва да имате предвид, че герданчето от аминокиселини, което оформя „гръбнака“ на протеина в клетките, е далеч по-гъвкаво от мънистеното герданче, което то се къса много лесно, ако го огъвате прекалено. Структурата и поведението на скачените аминокиселини в протеиновите стълбчета повече приличат на тези на гръбнак на змия, както е показано на следващата снимка (©Уорън Джейкъби/Корбис). Змийският гръбнак, съставен от огромен брой компоненти – прешлени, дава възможност на змията да се извива в най-разнообразни форми, тя може и да се изпъне като пръчка, и да се свие „на кълбо“.
Гъвкавите връзки (пептидни връзки) между аминокиселините в протеиновата нишка дават възможност на всеки протеин да приема множество форми. Чрез въртенето и огъването на своите аминокиселинни „прешлени“ протеиновите молекули наподобяват нано-змии заради умението си да се гърчат и вият. Има два главни фактора, които определят контура на протеиновата нишка, и следователно – неговата форма. Единият е физическият модел, който се определя според последователността на различно оформените аминокиселини, съставящи герданоподобния гръбнак.
За разлика от еднаквите мъниста, всяка от двадесетте аминокиселини в протеиновата нишка има уникална форма (устройство). Обърнете внимание на разликите между „гръбнак“, направен от мъниста с идентична форма, и сглобеният от различни по големина тръбички, изобразени на горната снимка.
Вторият фактор засяга взаимодействието между електромагнитните заряди на свързаните аминокиселини. Повечето от тях имат или положителен, или отрицателен заряд, заради което действат като магнити: еднаквите заряди карат молекулите да се отблъскват, а противоположните – да се привличат. Както е показано на следващата снимка, гъвкавият гръбнак на протеина спонтанно приема предпочитаната форма, когато аминокиселините се въртят и огъват връзките помежду си, за да балансират силите, генерирани от техните положителни и отрицателни заряди.
Протеиновите гръбначета, показани в А и В, имат абсолютно еднаква последователност на аминокиселините (сглобките на тръбите), но имат напълно различна конфигурация. Вариациите във формата на гръбнака са в резултат на различни ротации при свързването между съседните тръбички. Както при връзките между тръбите, различно оформените аминокиселини в протеина също се въртят около свръзките си (пептидните връзки) и по този начин позволяват на гръбнака да се извива като змия. Протеините сменят формата си, въпреки че като цяло предпочитат две или три определени конфигурации. Но коя от тях, А или В, ще предпочете нашият хипотетичен протеин? Отговорът е свързан с факта, че двете крайни аминокиселини (тръби) имат сектори с негативен заряд. Тъй като еднаквите заряди се отблъскват, колкото по-далеч са едни от други, толкова по стабилна ще е конфигурацията. Конфигурация А ще бъде предпочетена, защото негативните заряди са по-далеч един от друг, отколкото в В.
Гръбнакът на някои протеинови молекули е толкова дълъг, че те се нуждаят от подкрепата на специални протеини „помощници“, тези от първа глава, за да помагат при процеса на прегъване. Неправилно огънатите протеини – също като хората с гръбначни дефекти – не могат да функционират оптимално. Такива протеини с отклонения се маркират от клетката като подлежащи на унищожение; аминокиселините в техния гръбнак се демонтират и се рециклират при синтеза на нови протеини.
Забележка: Номерата които виждате до заглавията са по ред на публикациите, за да Ви е лесно да ги намирате в търсачката, и не отговарят на страниците. Забележката важи за всички публикации където има * и число * в заглавието.
Източниците на живот: интелигентните клетки стават още по-умни
Не би трябвало да ни изненадва, че клетките са толкова умни. Едноклетъчните организми са първите форми на живот на планетата. Откритите вкаменелости говорят за това, че те съществуват около 600 милиона години след създаването на Земята. През следващите 2,75 милиарда години от историята на планетата света са населявали само автономни едноклетъчни организми – бактерии, еуглени и амебоподобни протозони.
Преди около 750 милиона години, когато се появяват първите многоклетъчни организми (растения и животни), тези разумни клетки откриват начин да стават все по-умни. Многоклетъчните форми на живот първоначално представляват свободни общества или „колонии“ от едноклетъчни организми. Отначало клетъчните общества се състоят от десетки или стотици клетки. Но заради предимствата да се живее в общности скоро те започнат да наброяват милиони, милиарди и дори трилиони социално взаимодействащи си самостоятелни клетки. Въпреки че всяка от тях е микроскопична, размерът на обществата от клетки варира от едва забележим до монолитен. Биолозите са класифицирали тези организирани общества според структурата им. Наблюдавани с невъоръжено око, клетъчните общества наподобяват отделни същества – мишка, куче, човек, – но в действителност те са добре организирани сдружения от милиони и трилиони клетки.
Еволюционният стремеж към все по-големи общества е просто резултат на вродения инстинкт за самосъхранение. Колкото по-добре организмът познава средата, която обитава, толкова по-големи са шансовете му да оцелее. Когато клетките се обединят помежду си, те рязко увеличават познанията си. Ако всяка клетка има произволно количество знания – X, тогава потенциално всеки колониален организъм би притежавал информация, равна най-малко на X пъти броя на клетките в колонията.
За да оцелеят сред такова множество от себеподобни, клетките създават структури. Сложните общества разпределят помежду си работата с такава прецизност и ефективност, че дори всекидневно менящите се организационни диаграми в големите корпорации не могат да се мерят с тях. Оказва се, че за обществото е много по-полезно, ако всяка отделна клетка изпълнява точно определени задачи.
С появата на животните и растенията клетките започват да придобиват специални функции още в ембриона. Процесът на цитологична специализация дава възможност на клетките да изграждат специфичните тъкани и органи на тялото. С времето този модел на диференциация, или разпределянето на работата между членовете на обществото, бива внедрен в гените на всяка клетка от общността, а това значително увеличава способността й да работи и оцелява.
В по-големите организми например само малък процент от клетките се занимават с това да разчитат и да реагират на външни стимули. Тази работа е задължение на групи от специализирани клетки, които изграждат тъканите и органите на нервната система. Нейната функция е да възприема средата и да координира поведението на всички останали клетки в огромното клетъчно общество.
Разпределението на работата между клетките в обществото допълнително способства за общото оцеляване. Постигнатата ефективност на работа позволява повече клетки да живеят с по-малко ресурси. Спомнете си старата поговорка: „Където за един, там и за двама.“ Или пресметнете разходите по построяването на къща с две спални и ги сравнете с тези на подобен апартамент в кооперация със стотици апартаменти. За да оцелее, всяка клетка трябва да изразходи определено количество енергия. Енергията, спестена от индивидите, живеещи в общества, допринася както за увеличаването на шансовете за оцеляване, така и за по-доброто качество на живот.
В американското капиталистическо общество Хенри Форд вижда тактическо предимство в разделението на труда и го прилага в създаването на своята поточна линия за производство на автомобили. Преди Форд на малка мултифункционална работническа бригада е отнемало седмица-две да произведе един-единствен автомобил. Форд организира работата във фабриката си така, че всеки работник да отговаря само за една конкретна дейност. Той нарежда голям брой работници по протежение на поточната линия и колата, която трябва да се сглоби, преминава през ръцете на всеки отделен специалист. Ефективността на специализацията на труда позволява на Форд да произвежда нов автомобил не всяка седмица, а на всеки деветдесет минути.
За жалост по времето, когато Чарлз Дарвин излага напълно новаторската си теория за възникването на живота, е било твърде удобно да се „забрави“ фактът, че за еволюцията е необходима взаимопомощ. Преди 150 години той заключава, че живите организми са постоянно изправени едни срещу други в „борба за оцеляване“. Според Дарвин борбата и насилието са не само част от животинската (човешката) природа, но са и основните „движещи сили“ на еволюцията. В последната глава на книгата си „Произход на видовете посредством естествен отбор, или запазване на облагодетелстваните породи в борбата за оцеляване“ Дарвин пише за неизбежната „борба за оцеляване“, а също така, че еволюцията е движена от „войната в природата, глада и смъртта“. Добавете към това и твърдението му, че еволюцията е случайна, и ще имате свят, описан в поезията на Тенисън, като „хищен и кръвожаден“, поредица от безсмислени кървави битки за оцеляване.
Забележка: Номерата които виждате до заглавията са по ред на публикациите, за да Ви е лесно да ги намирате в търсачката, и не отговарят на страниците. Забележката важи за всички публикации където има * и число * в заглавието.
Translate »
error: Content is protected !!
Този сайт използва бисквитки(cookies), за да подобри Вашето сърфиране. OkВиж повече