සෛල යන්ත්ර
අන්තර්ගතය
2016 රසායන විද්‍යාව සඳහා වූ නොබෙල් ත්‍යාගය පිරිනමනු ලැබුවේ යාන්ත්‍රික උපාංග ලෙස ක්රියා කරන අණු සංස්ලේෂණය කිරීමේ විශිෂ්ට ජයග්‍රහණය සඳහා ය. කෙසේ වෙතත්, කුඩා යන්ත්ර නිර්මාණය කිරීමේ අදහස මුල් මානව අදහසක් බව පැවසිය නොහැක. ඒ වගේම මේ වතාවේ ස්වභාවධර්මය මුලින්ම තිබුණා.
ප්‍රදානය කරන ලද අණුක යන්ත්ර (ඒවා ගැන වැඩි විස්තර MT හි ජනවාරි කලාපයෙන් ලිපියේ) අපගේ ජීවිතයේ ඉක්මනින් විප්ලවීය වෙනසක් කළ හැකි නව තාක්‍ෂණයක් සඳහා වන පළමු පියවරයි. නමුත් සියලුම ජීවීන්ගේ ශරීර සෛලවල කාර්යක්ෂම ක්‍රියාකාරිත්වයට සහාය වන නැනෝ ප්‍රමාණයේ යාන්ත්‍රණවලින් පිරී ඇත.
මධ්‍යයේ…
... සෛලවල න්යෂ්ටියක් අඩංගු වන අතර, ජානමය තොරතුරු එහි ගබඩා කර ඇත (බැක්ටීරියා වලට වෙනම න්යෂ්ටියක් නොමැත). DNA අණුව ම විශ්මයජනකයි - එය මූලද්‍රව්‍ය බිලියන 6 කට වඩා (නියුක්ලියෝටයිඩ: නයිට්‍රජන් භෂ්ම + ඩිඔක්සිරයිබෝස් සීනි + පොස්පරික් අම්ල අපද්‍රව්‍ය) සමන්විත වේ, සම්පූර්ණ දිග මීටර් 2 ක් පමණ වන නූල් සාදයි. තවද DNA නියුක්ලියෝටයිඩ බිලියන සිය ගණනකින් සමන්විත ජීවීන් සිටින නිසා අපි මේ සම්බන්ධයෙන් වාර්තා දරන්නන් නොවේ. පියවි ඇසට නොපෙනෙන එවැනි යෝධ අණුවක් න්‍යෂ්ටිය තුළට සවි කිරීම සඳහා DNA නූල් එකට හෙලික්සයක් (ද්විත්ව හෙලික්ස්) බවට පත් කර හිස්ටෝන නම් විශේෂ ප්‍රෝටීන වටා ඔතා ඇත. මෙම දත්ත සමුදාය සමඟ වැඩ කිරීමට සෛලයට විශේෂ යන්ත්ර කට්ටලයක් ඇත.
ඔබ DNA හි අඩංගු තොරතුරු නිරන්තරයෙන් භාවිතා කළ යුතුය: ඔබට ලබා දී ඇති මොහොතක (පිටපත් කිරීම) අවශ්ය ප්‍රෝටීන සඳහා කේත කරන අනුපිළිවෙල කියවා සෛලය බෙදීමට (ප්‍රතිනිර්මාණය කිරීම) වරින් වර සම්පූර්ණ දත්ත සමුදාය පිටපත් කරන්න. මෙම සෑම පියවරකටම නියුක්ලියෝටයිඩ හෙලික්ස් ලිහා ගැනීම ඇතුළත් වේ. මෙම ක්‍රියාකාරකම එන්සයිම හෙලිකේස් භාවිතා කරයි, එය සර්පිලාකාරය දිගේ චලනය වන අතර - කූඤ්ඤයක් මෙන් - එය තනි නූල් වලට වෙන් කරයි (මුළු දෙයම අකුණු වලට සමාන වේ). සෛලයේ විශ්ව ශක්ති වාහකය - ATP (ඇඩිනොසීන් ට්‍රයිපොස්පේට්) බිඳවැටීමේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස නිකුත් වන ශක්තිය භාවිතා කරමින් එන්සයිමය ක්රියා කරයි.
ATP අණුවේ ආකෘතිය. පොස්පේට් අපද්‍රව්‍ය (වමේ) එකතු කිරීම සහ වෙන් කිරීම සෛලීය රසායනික ප්‍රතික්‍රියා වලදී ශක්තිය හුවමාරු කර ගැනීමට මැදිහත් වේ.
දැන් ඔබට දම්වැල් කොටස් පිටපත් කිරීම ආරම්භ කළ හැකිය, එය RNA පොලිමරේස් මගින් සිදු කරනු ලැබේ, එය ATP හි අඩංගු ශක්තියෙන් ද මෙහෙයවනු ලැබේ. එන්සයිමය DNA කෙඳි දිගේ චලනය වන අතර ප්‍රෝටීන සංස්ලේෂණය කරන අච්චුව වන RNA (සීනි, ඩිඔක්සිරයිබෝස් වෙනුවට රයිබෝස් අඩංගු) කොටසක් සාදයි. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස DNA සංරක්ෂණය වී ඇත (නිරන්තරයෙන් දිග හැරීමෙන් හා කොටස් කියවීමෙන් වළකින්න) ඊට අමතරව න්‍යෂ්ටිය තුළ පමණක් නොව සෛලය පුරාම ප්‍රෝටීන නිර්මාණය කළ හැක.
RNA පොලිමරේස් හා සමානව ක්රියා කරන DNA පොලිමරේස් මගින් පාහේ දෝෂ රහිත පිටපතක් සපයනු ලැබේ. එන්සයිම නූල් දිගේ චලනය වන අතර එහි ප්රතිරූපය ගොඩනඟයි. මෙම එන්සයිමයේ තවත් අණුවක් දෙවන කෙඳි දිගේ ගමන් කරන විට, ප්රතිඵලය සම්පූර්ණ DNA හෙලික දෙකක් වේ. එන්සයිමයට පිටපත් කිරීම ආරම්භ කිරීමට, කොටස් එකට සම්බන්ධ කිරීමට සහ අනවශ්‍ය දිගු ලකුණු ඉවත් කිරීමට "උපකාරකයන්" කිහිපයක් අවශ්ය වේ. කෙසේ වෙතත්, DNA පොලිමරේස් "නිෂ්පාදන දෝෂයක්" ඇත. එය ගමන් කළ හැක්කේ එක් දිශාවකට පමණි. අනුකරණය කිරීම සඳහා සැබෑ පිටපත් කිරීම ආරම්භ වන ඊනියා ආරම්භකයක් නිර්මාණය කිරීම අවශ්ය වේ. සම්පූර්ණ වූ පසු, ප්‍රයිමර් ඉවත් කරනු ලබන අතර, පොලිමරේස් හි උපස්ථයක් නොමැති බැවින්, එය DNA වල එක් එක් පිටපත සමඟ කෙටි කරනු ලැබේ. නූල් කෙළවරේ ටෙලෝමියර්ස් නම් ආරක්ෂිත කොටස් ඇති අතර ඒවා කිසිදු ප්‍රෝටීනයක් සඳහා කේතනය නොකරයි. ඔවුන්ගේ පරිභෝජනයෙන් පසු (මිනිසුන් තුළ, පුනරාවර්තන 50 කට පමණ පසු), වර්ණදේහ එකට ඇලී සිටින අතර වැරදි ලෙස කියවනු ලැබේ, එය සෛලයේ මරණයට හෝ එය පිළිකා බවට පරිවර්තනය වීමට හේතු වේ. මේ අනුව, අපගේ ආයු කාලය මනිනු ලබන්නේ ටෙලමියර් ඔරලෝසුව මගිනි.
DNA පිටපත් කිරීම සඳහා බොහෝ එන්සයිම එකට වැඩ කිරීමට අවශ්ය වේ.
DNA ප්‍රමාණයේ අණුවක් නිරන්තර හානිවලට ලක් වේ. විශේෂිත යන්ත්ර ලෙස ක්රියා කරන තවත් එන්සයිම සමූහයක් අසාර්ථක වීම් සමඟ කටයුතු කරයි. ඔවුන්ගේ භූමිකාව පිළිබඳ පැහැදිලි කිරීමක් 2015 දී රසායන විද්‍යා ත්‍යාගයක් පිරිනමන ලදී (වැඩිදුර තොරතුරු සඳහා 2016 ජනවාරි ලිපිය බලන්න).
තුල…
... සෛලවල සයිටොප්ලාස්ම් ඇත - විවිධ වැදගත් ක්‍රියාකාරකම් වලින් ඒවා පුරවන සංරචක අත්හිටුවීම. සම්පූර්ණ සයිටොප්ලාස්මය සයිටොස්කෙලිටන් සෑදෙන ප්රෝටීන් ව්‍යුහ ජාලයකින් ආවරණය වී ඇත. කොන්ත්‍රාත් මයික්‍රොෆයිබර් සෛලයට එහි හැඩය වෙනස් කිරීමට ඉඩ සලසයි, එමඟින් එහි අභ්යන්තර අවයව බඩගා යාමට සහ චලනය කිරීමට ඉඩ සලසයි. සයිටොස්කෙලිටන් ද ක්ෂුද්ර ටියුබල් ඇතුළත් වේ, i.e. ප්රෝටීන් අණු වලින් සමන්විත නල. මේවා තරමක් දෘඩ මූලද්‍රව්‍ය (කුහර නලයක් සෑම විටම එකම විෂ්කම්භයකින් යුත් තනි සැරයටියකට වඩා දැඩි වේ) සෛලය සාදන අතර වඩාත් අසාමාන්‍ය අණුක යන්ත්‍රවලින් එකක් ඒවා දිගේ ගමන් කරයි - ඇවිදීමේ ප්‍රෝටීන (වචනාර්ථයෙන්!).
ක්ෂුද්ර නාල වල විද්‍යුත් ආරෝපිත අන්ත ඇත. ඩයිනීන් නම් ප්‍රෝටීන සෘණ කොටස දෙසට ගමන් කරන අතර කයිනසින් ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට ගමන් කරයි. ATP බිඳවැටීමෙන් මුදා හරින ලද ශක්තියට ස්තූතිවන්ත වන අතර, ඇවිදින ප්‍රෝටීන වල හැඩය (මෝටර් හෝ ප්‍රවාහන ප්‍රෝටීන ලෙසද හැඳින්වේ) චක්‍රීයව වෙනස් වන අතර, ක්ෂුද්ර නල මතුපිට දිගේ තාරාවෙකු මෙන් චලනය වීමට ඉඩ සලසයි. අණු ප්රෝටීන් “නූල්” වලින් සමන්විත වන අතර එහි අවසානයට තවත් විශාල අණුවක් හෝ අපද්‍රව්‍ය වලින් පුරවා ඇති බුබුලක් ඇලවිය හැකිය. මේ සියල්ල රොබෝවෙකුට සමාන වන අතර, එය පැද්දෙමින්, නූලකින් බැලූනයක් අදින්න. රෝලිං ප්‍රෝටීන සෛලයේ නිවැරදි ස්ථාන වෙත අවශ්ය ද්‍රව්‍ය ප්‍රවාහනය කර එහි අභ්යන්තර සංරචක චලනය කරයි.
සෛලයක සිදුවන සියලුම ප්‍රතික්‍රියා පාහේ එන්සයිම මගින් පාලනය වන අතර, එසේ නොමැතිව මෙම වෙනස්කම් කිසිදාක සිදු නොවනු ඇත. එන්සයිම යනු එක් දෙයක් කිරීමට විශේෂිත යන්ත්ර ලෙස ක්රියා කරන උත්ප්‍රේරක වේ (බොහෝ විට ඒවා එක් නිශ්චිත ප්‍රතික්‍රියාවක් පමණක් වේගවත් කරයි). ඔවුන් පරිවර්තන උපස්ථර ග්‍රහණය කර, ඒවා එකිනෙකට සුදුසු ලෙස ස්ථානගත කර, ක්‍රියාවලිය අවසන් වූ පසු, ඔවුන් නිෂ්පාදන මුදා හැර නැවත වැඩ කිරීමට පටන් ගනී. නිමක් නැතිව පුනරාවර්තන ක්‍රියාවන් සිදු කරන කාර්මික රොබෝවක් සමඟ ඇති සම්බන්ධය සම්පූර්ණයෙන්ම නිවැරදිය.
අන්තර් සෛලීය බලශක්ති වාහක අණු සෑදී ඇත්තේ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා මාලාවක අතුරු ඵලයක් ලෙස ය. කෙසේ වෙතත්, ATP හි ප්‍රධාන ප්‍රභවය වන්නේ වඩාත් සංකීර්ණ සෛල යාන්ත්‍රණයේ ක්‍රියාකාරිත්වයයි - ATP සින්තේස්. මෙම එන්සයිමයේ විශාලතම අණු සංඛ්යාව සෛලීය "බලාගාර" ලෙස ක්රියා කරන මයිටොකොන්ඩ්රියා වල දක්නට ලැබේ.
ATP සින්තේස් - ඉහළ: නැංගුරම් දැමූ කොටස
පටලය තුළ, ධාවක පතුවළ, වගකිව යුතු කොටස
ATP සංශ්ලේෂණය සඳහා
ජීව විද්‍යාත්මක ඔක්සිකරණ ක්‍රියාවලියේදී, මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවේ එක් එක් කොටස් ඇතුළතින් හයිඩ්‍රජන් අයන පිටතට ප්‍රවාහනය කරනු ලබන අතර, එමඟින් මයිටොකොන්ඩ්‍රිය පටලයේ දෙපස ඒවායේ අනුක්‍රමණය (සාන්ද්‍රණ වෙනස) නිර්මාණය කරයි. මෙම තත්වය අස්ථායී වන අතර සාන්ද්‍රණයන් සමාන කිරීමට ස්වභාවික ප්‍රවණතාවයක් ඇත, එය ATP සින්තේස් ප්‍රයෝජනයට ගනී. එන්සයිමයක් චලනය වන සහ ස්ථාවර කොටස් කිහිපයකින් සමන්විත වේ. පරිසරයේ ඇති හයිඩ්‍රජන් අයන මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවට විනිවිද යා හැකි නාලිකා සහිත කැබැල්ලක් පටලය තුළ සවි කර ඇත. ඔවුන්ගේ චලනය නිසා ඇතිවන ව්යුහාත්මක වෙනස්කම් එන්සයිමයේ තවත් කොටසක් භ්රමණය කරයි - ධාවක පතුවළක් ලෙස ක්රියා කරන දිගටි මූලද්රව්යයකි. සැරයටියේ අනෙක් කෙළවරේ, මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවේ ඇතුළත, පද්ධතියේ තවත් කැබැල්ලක් එයට සවි කර ඇත. පතුවළෙහි භ්රමණය අභ්යන්තර කොටසෙහි භ්රමණය වීමට හේතු වන අතර, එයට - එහි සමහර ස්ථානවල - ATP සාදන ප්රතික්රියාවේ උපස්ථර අනුයුක්ත කර ඇති අතර, පසුව - රෝටරයේ අනෙකුත් ස්ථානවල - නිමි අධි ශක්ති සංයෝගය. නිදහස් කළා.
තවද මෙවර මානව තාක්‍ෂණ ලෝකයේ ප්‍රතිසමයක් සොයා ගැනීම අපහසු නැත. විදුලි ජනන යන්ත්රයක් පමණයි. හයිඩ්‍රජන් අයන ප්‍රවාහය නිසා මූලද්‍රව්‍ය පටලය තුළ නිශ්චල වූ අණුක මෝටරයක් තුළ චලනය වීමට හේතු වේ, ජල වාෂ්ප ප්‍රවාහයකින් ධාවනය වන ටර්බයින තල වැනි. පතුවළ සත්‍ය ATP උත්පාදන පද්ධතියට ධාවකය සම්ප්‍රේෂණය කරයි. බොහෝ එන්සයිම මෙන්, සින්තේස් අනෙක් දිශාවට ක්රියා කර ATP බිඳ දැමිය හැකිය. මෙම ක්‍රියාවලිය අභ්යන්තර මෝටරයක් ධාවනය කරයි, එය පතුවළක් හරහා පටල කැබැල්ලේ චලනය වන කොටස් ධාවනය කරයි. මෙය, මයිටොකොන්ඩ්‍රියාවෙන් හයිඩ්‍රජන් අයන පොම්ප කිරීමට මග පාදයි. ඉතින්, විදුලි පොම්පයක්. ස්වභාවධර්මයේ අණුක ආශ්චර්යය.
දේශසීමා වලට...
... සෛලය සහ පරිසරය අතර බාහිර ලෝකයේ අවුල් ජාලයෙන් අභ්යන්තර පිළිවෙල වෙන් කරන සෛල පටලයක් ඇත. එය හයිඩ්‍රොෆිලික් ("ජල-ආදරණීය") කොටස් පිටතට මුහුණලා සහ හයිඩ්‍රොෆෝබික් ("ජලයෙන් වැළකෙන") කොටස් එකිනෙක මුහුණ ලා ඇති අණු ද්විත්ව ස්ථරයකින් සමන්විත වේ. පටලය ද බොහෝ ප්රෝටීන් අණු අඩංගු වේ. ශරීරය පරිසරය සමඟ සම්බන්ධ විය යුතුය: එයට අවශ්ය ද්‍රව්‍ය අවශෝෂණය කර අපද්‍රව්‍ය බැහැර කරයි. සමහර කුඩා අණු රසායනික ද්‍රව්‍ය (ජලය වැනි) සාන්ද්‍රණ අනුක්‍රමයට අනුව දෙපැත්තටම පටලය හරහා ගමන් කළ හැක. අනෙක් අයගේ විසරණය දුෂ්කර වන අතර සෛලය විසින්ම ඔවුන්ගේ අවශෝෂණය නියාමනය කරයි. ඊළඟට, සෛලීය යන්ත්ර - වාහක සහ අයන නාලිකා - සම්ප්‍රේෂණය සඳහා භාවිතා වේ.
වාහකය අයනයක් හෝ අණුවක් බන්ධනය කර එය සමඟ පටලයේ අනෙක් පැත්තට (එය කුඩා වූ විට) හෝ - එය සම්පූර්ණ පටලය හරහා ගමන් කරන විට - එකතු කරන ලද අංශුව චලනය කර අනෙක් කෙළවරට මුදා හරියි. ඇත්ත වශයෙන්ම, වාහක දෙකම ක්රියා කරන අතර ඉතා “පික්කි” - ඒවා බොහෝ විට ප්‍රවාහනය කරන්නේ එක් ද්‍රව්‍ය වර්ගයක් පමණි. අයන නාලිකා සමාන මෙහෙයුම් බලපෑමක් පෙන්නුම් කරන නමුත් වෙනස් යාන්ත්රණයක්. ඒවා පෙරනයක් සමඟ සැසඳිය හැකිය. අයන නාලිකා හරහා ප්‍රවාහනය සාමාන්‍යයෙන් සාන්ද්‍රණ අනුක්‍රමයක් අනුගමනය කරයි (අයන සාන්ද්‍රණය ඉහළ සිට පහළ දක්වා ඒවා මට්ටම් වන තෙක්). අනෙක් අතට, අන්තර් සෛලීය යාන්ත්‍රණයන් ඡේද විවෘත කිරීම සහ වැසීම නියාමනය කරයි. අයන නාලිකා හරහා ගමන් කරන අංශු කෙරෙහි ඉහළ තේරීමක් ද පෙන්වයි.
අයන නාලිකාව (වමේ) සහ නල මාර්ග ක්රියාත්මක වේ
බැක්ටීරියා ධජය යනු සැබෑ රියදුරු යාන්ත්‍රණයකි
සෛල පටලය තුළ තවත් රසවත් අණුක යන්ත්රයක් ඇත - බැක්ටීරියා ක්රියාකාරී චලනය සහතික කරන ෆ්ලැජලම් ධාවකය. එය කොටස් දෙකකින් සමන්විත ප්රෝටීන් මෝටරයකි: ස්ථාවර කොටසක් (ස්ටටෝරය) සහ භ්රමණය වන කොටස (රොටර්). චලනය සිදුවන්නේ පටලයේ සිට සෛලයට හයිඩ්‍රජන් අයන ගලා යාමෙනි. ඔවුන් ස්ටටෝරයේ නාලිකාවට ඇතුල් වන අතර පසුව රෝටර් තුළ පිහිටා ඇති දුරස්ථ කොටස වෙතට ඇතුල් වේ. සෛලය තුළට ඇතුළු වීමට නම්, හයිඩ්‍රජන් අයන නාලිකාවේ ඊළඟ කොටස වෙත යන මාර්ගය සොයා ගත යුතුය, එය නැවත ස්ටටෝරයේ ඇත. කෙසේ වෙතත්, නාලිකා අභිසාරී වීම සඳහා භ්රමකය භ්රමණය විය යුතුය. සෛලයෙන් ඔබ්බට නෙරා ඇති රොටරයේ අවසානය වක්‍ර වී ඇති අතර හෙලිකොප්ටර් රොටරයක් මෙන් භ්රමණය වන නම්‍යශීලී කොඩියක් එයට සවි කර ඇත.
නොබෙල් ත්‍යාගලාභීන්ගේ ජයග්‍රාහී නිර්මාණ, ඔවුන්ගේ ජයග්‍රහණවලින් ඉවත් නොවී, පරිණාමයේ පරිපූර්ණ නිර්මාණවලින් තවමත් බොහෝ දුරස් බව සෙලියුලර් යාන්ත්‍රණය පිළිබඳ මෙම අවශ්‍යයෙන්ම කෙටි දළ විශ්ලේෂණයෙන් පැහැදිලි වනු ඇතැයි මම විශ්වාස කරමි.
