A molekuláktól az emberig

A méretszemlélet

Az angström a milliméter egy tízmilliomod része, azaz 1×10-10 méter. Az alábbi ábra néhány fentebb tárgyalt biológiai szerkezet relatív méretarányát mutatja be.

A zsírsavláncban két szénatom közötti távolság valamivel több mint egy angström. Egy glükózmolekula távolsága körülbelül 9 angström. A baktériumoké több tízezer angström. És durva becslésként egy tipikus emberi sejt körülbelül 1/100 milliméteres lehet, ami körülbelül 1/10-ed része egy emberi hajszál szélességének. A világegyetem legkisebb és legnagyobb objektumai közötti dolgok méretének érdekes perspektívájáért nézze meg a http://htwins.net/scale2/.

Mikroszkopikus méretük ellenére a sejtekben állandóan sok minden történik. Az ábrák és a mikroszkópos felvételek a sejteket merev, statikus zsákokként ábrázolják, amelyek megdermedtek az időben, de ha valahogy elutazhatnánk egy sejt belsejébe, megdöbbennénk a szépségtől, a komplexitástól és a hihetetlen aktivitástól. Egy sejt belső életébe legalább bepillantást nyerhetünk, ha megnézzük a Harvard Egyetem “A sejt belső élete” című animációját (teljes hosszában, narrációval), amely a leukociták gyulladásban történő aktiválódását mutatja be. A videóban használt kifejezések egy része idegen lesz számodra, de a videó nagyszerű képet ad a sejtek belső munkájáról, és megmutatja, hogy a sejtek dinamikus struktúrák, amelyekben folyamatosan számos folyamat zajlik.

alternatív hozzáférhető tartalom

A polimerek ereje

A biológia egyik alapfogalma, hogy egyszerű molekuláris struktúrák (monomerek) egyre összetettebb szerkezetek kialakítására kapcsolhatók össze. Például a cukrok monomerjei, mint a glükóz és a fruktóz, összekapcsolódva nagyon nagy poliszacharidokat alkotnak, mint a keményítő és a glikogén. Az aminosavak polipeptideket (fehérjéket) alkotva kapcsolódhatnak egymáshoz. A nukleotidok összekapcsolódhatnak, hogy DNS-t és RNS-t alkossanak.

Amellett, hogy a molekulák hosszú láncokat alkotva kapcsolódnak egymáshoz, sok molekula megfelelő körülmények között önszerveződik, és egyre összetettebb molekuláris aggregátumokat, például membránokat vagy lipoproteineket alkot. A biológiai membránok pedig olyan intracelluláris organellumok szerkezetét biztosíthatják, amelyek speciális és összetett funkciókat képesek ellátni. A mikrotubulusok például olyan üreges hengerek, amelyek az eukarióta sejtek belső vázát képezik, és egyben olyan pályákat biztosítanak, amelyek mentén a membránhoz kötött anyagok vagy organellák a sejten belül egyik helyről a másikra szállíthatók. A mikrotubulushálózat például összeköti a Golgi-készüléket a plazmamembránnal, hogy a szekréciós vezikulákat exportálásra vagy a plazmamembránba való beillesztésre irányítsa. Ezeknek a membránhoz kötött “csomagoknak” a mikrotubulusok mentén történő mozgását motorfehérjék (a hordozók) segítik elő, amelyek háromdimenziós konformációjuk megváltoztatásával mozognak a mikrotubulus mentén. Ezt a folyamatot az adenozin-trifoszfát (ATP) hajtja. Minden egyes “lépésnél” a motoros molekula elengedi a mikrotubulus egy részét, és megragadja a filamentum egy másik, a filamentum hosszában távolabbi helyét.

Ezek a mikrotubulusok egy tubulin nevű fehérje alegységeiből álló polimerek. A mikrotubulus minden egyes alegysége két, egymástól némileg eltérő, de egymással szoros kapcsolatban álló egyszerűbb egységből, az alfa-tubulinból (az alábbi ábrán sárga gyöngyökként látható) és a béta-tubulinból (zöld gyöngyökként látható) áll. Megfelelő körülmények között ezek az alegységek sajátos módon aggregálódnak vagy önszerveződnek, és így gyorsan mikrotubulust alkotnak. Ezzel szemben ezek a mikrotubulusok gyorsan szét is tudnak bomlani.

Forrás: https://micro.magnet.fsu.edu/cells/microtubules/microtubules.html

Az alábbi videó egy TED-előadás, amelyben David Bolinsky animátor leírja a Harvard Egyetemen dolgozó animátorok és biológusok együttműködését, amelyben az eukarióta sejtek szépségéről és összetettségéről kapunk képet. Figyeljük meg, hogy több helyen is illusztrálják a monomerek összetett és nagy funkcionalitású makromolekuláris polimerekké való összeállásának jelenségét.

A teljes előadás 9:49. Tekerje előre a videót 3:24-re, hogy kihagyja a bevezető leírást. Az igazi akció körülbelül 6:50-nél kezdődik. Ebben nincs semmi, amit meg kell jegyeznie. Csak értékeld a sejtek összetettségét és szépségét.

alternatív hozzáférhető tartalom

A következő alábbi videó a sejtek felépítésének és működésének alapvető áttekintését adja (6:00 perc), a második pedig az eukarióta sejtben lévő organellák felépítésének és működésének rövid leírását (4:46 perc).).

alternatívan elérhető tartalom

alternatívan elérhető tartalom

A szervezet magasabb szintjei

Látható, hogy a sejt, a legkisebb egység, amely megfelel az élőlények kritériumainak, rendkívül összetett. Mindazonáltal ez a komplexitás abból adódik, hogy egyszerű molekulák egyre változatosabb és összetettebb struktúrák számtalan formájává kapcsolódnak össze, ezek pedig a makromolekuláris komplexekké, például membránokká, organellákká, mikrotubulusokká és lipoproteinekké összeállva még magasabb szintű szerveződés és komplexitás alapját képezik. A sejtszintről kiindulva aztán elképzelhetjük a sejtek szövetekké való összeolvadását, amelyek a szervek, sőt szervrendszerek alapjává válnak a többsejtű szervezetek hihetetlenül változatos sokaságában.

Adaptated from: http://www.theorganicstartupbook.com/2012/07/07/evolutionary-levels-sublevels-4-of-5/

Leave a Reply

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.