Od molekuł do człowieka

Perspektywa na wielkość

An angstrem to jedna dziesięciomilionowa część milimetra, czyli 1×10-10 metrów. Poniższa ilustracja daje wyobrażenie o względnej skali niektórych struktur biologicznych omówionych powyżej.

Odległość między dwoma atomami węgla w łańcuchu kwasu tłuszczowego wynosi nieco ponad jeden angstrem. Cząsteczka glukozy to około 9 angstremów. Bakterie są dziesiątki tysięcy angstremów. I jako przybliżone oszacowanie, typowa ludzka komórka może być około 1/100 milimetra, który jest około 1/10 szerokości ludzkiego włosa. Dla intrygującej perspektywy na wielkość rzeczy od najmniejszych do największych obiektów we wszechświecie, spójrz na http://htwins.net/scale2/.

Pomimo ich mikroskopijnego rozmiaru, komórki mają wiele dzieje się przez cały czas. Schematy i fotomikrografy przedstawiają komórki jako sztywne, statyczne worki, które są zamrożone w czasie, ale gdybyśmy mogli w jakiś sposób odbyć podróż do wnętrza komórki, bylibyśmy oszołomieni pięknem, złożonością i niesamowitą aktywnością. Możesz uzyskać przynajmniej namiastkę wewnętrznego życia komórki oglądając animację Uniwersytetu Harvarda, „The Inner Life of a Cell” (w pełnej długości z narracją), pokazującą aktywację leukocytów w stanie zapalnym. Niektóre z terminów użytych w filmie będą dla Ciebie obce, ale film zapewnia wspaniałe poczucie wewnętrznych prac komórek i pokazuje komórki jako dynamiczne struktury, w których wiele procesów zachodzi nieustannie.

alternatywna dostępna zawartość

Potęga polimerów

Jedną z podstawowych koncepcji w biologii jest to, że proste struktury molekularne (monomery) mogą być połączone razem, aby tworzyć coraz bardziej złożone struktury. Na przykład, monomery cukrów, takich jak glukoza i fruktoza, mogą być połączone razem, aby utworzyć bardzo duże polisacharydy, takie jak skrobia i glikogen. Aminokwasy mogą być łączone razem, tworząc polipeptydy (białka). Nukleotydy mogą być połączone razem, aby utworzyć DNA i RNA.

Oprócz łączenia cząsteczek razem, aby utworzyć długie łańcuchy, wiele cząsteczek będzie się samoczynnie składać w odpowiednich warunkach, aby tworzyć coraz bardziej złożone agregaty molekularne, takie jak błony lub lipoproteiny. A błony biologiczne mogą stanowić strukturę dla wewnątrzkomórkowych organelli, które mogą pełnić wyspecjalizowane i złożone funkcje. Na przykład, mikrotubule są pustymi w środku cylindrami, które stanowią wewnętrzne rusztowanie dla komórek eukariotycznych, a także zapewniają ścieżki, wzdłuż których materiały związane z błoną lub organelle mogą być transportowane z miejsca na miejsce w obrębie komórki. Na przykład, sieć mikrotubul łączy aparat Golgiego z błoną plazmatyczną w celu prowadzenia pęcherzyków wydzielniczych na eksport lub do wprowadzenia do błony plazmatycznej. Ruch tych związanych z błoną „pakietów” wzdłuż mikrotubul jest ułatwiany przez białka motoryczne (nośniki), które przemieszczają się wzdłuż mikrotubul poprzez zmianę ich trójwymiarowej konformacji. Proces ten jest napędzany przez trójfosforan adenozyny (ATP). Z każdym „krokiem”, cząsteczka motoryczna uwalnia jedną część mikrotubuli i chwyta drugie miejsce dalej wzdłuż filamentu.

Te mikrotubule są polimerami składającymi się z podjednostek białka zwanego tubuliną. Każda podjednostka mikrotubuli jest zbudowana z dwóch nieco różnych, ale blisko spokrewnionych prostszych jednostek zwanych alfa-tubuliną (pokazanych na rysunku poniżej jako żółte kulki) i beta-tubuliną (pokazanych jako zielone kulki). W odpowiednich warunkach te podjednostki agregują lub samoorganizują się w szczególny sposób, który szybko tworzy mikrotubulę. I odwrotnie, mikrotubule te mogą również szybko ulegać dezagregacji.

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

Poniższe wideo to wykład TED, w którym animator David Bolinsky opisuje współpracę animatorów i biologów z Uniwersytetu Harvarda, w której zyskuje się wizję piękna i złożoności komórek eukariotycznych. Zauważ, że zjawisko łączenia się monomerów w złożone i wysoce funkcjonalne polimery wielkocząsteczkowe jest zilustrowane w kilku miejscach.

Cały wykład trwa 9:49. Przesuń wideo do 3:24, aby pominąć opis wprowadzający. Prawdziwa akcja zaczyna się od około 6:50. Nie ma nic, co trzeba zapamiętać w tym. Po prostu doceń złożoność i piękno komórek.

alternatywnie dostępna treść

Kolejny film poniżej przedstawia podstawowy przegląd struktury i funkcji komórki (6:00 min.), a drugi zawiera krótki opis struktury i funkcji organelli w komórce eukariotycznej (4:46 min.).

alternatywnie dostępna treść

alternatywnie dostępna treść

Wyższe poziomy organizacji

Można zauważyć, że komórki, najmniejsza jednostka spełniająca kryteria bycia żywą, są bardzo złożone. Niemniej jednak, złożoność ta wynika z prostych cząsteczek połączonych ze sobą w celu utworzenia niezliczonej ilości coraz bardziej zróżnicowanych i złożonych struktur, a te z kolei stanowią podstawę dla jeszcze wyższego poziomu organizacji i złożoności, łącząc się w kompleksy makromolekularne, takie jak błony, organelle, mikrotubule i lipoproteiny. Na poziomie komórkowym można sobie wyobrazić agregację komórek w tkanki, które stają się podstawą organów, a nawet systemów organów w niewiarygodnie różnorodnych organizmach wielokomórkowych.

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

.

Leave a Reply

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.