Для того, чтобы жгутик вращался, в его основании находится так называемое базальное тело, которое представляет собой электромотор (рис. 15). Его задача заключается в том, чтобы крутить жгутик. На рисунке изображена мембрана бактериальной клетки (желтая), и части мотора статор (синий) и ротор (зеленый). К ротору прикручен жгутик. Пока неизвестно, как именно передается движение, но в этой молекулярной машине есть свои подшипники, своя молекулярная смазка, и есть белок, в котором, также как и в АТФ-синтазе, имеются два протонных полуканала, смещенных друг относительно друга. И принцип вращения такой же: зарядка — перезарядка группы СООН в аминокислотах. Число протонов, которые должны «провалиться» в канал за время одной прокрутки жгутика — порядка тысячи; остальные параметры приведены ниже.

Движущая сила • Электрохимический градиент (протонный Н+ или натриевый Na+)

Число протонов на оборот ~ 1000

Энергия, освобождаемая на ~ 25•10– 20 Дж

Максимальная скорость 300 Hz (протоны) 1700 Hz (ионы Na+)

Toraue at stall ~ 4•10– 18 Nm

Максимальная мощность ~ 10– 15 W

К.П.Д. 50-100 % (stall) ~ 5 %(swimming cell)

Число шагов ротора на оборот ~50

Вот микрофотография жгутика и молекулярного мотора в основании этого жгутика.

В лекции использованы рисунки из Соросовского образовательного журнала[1].

ЛИТЕРАТУРА ПО ТЕМЕ ЛЕКЦИИ:

1. Соросовский образовательный журнал journal.issep.rssi.ru

2. Скулачев В.П. Законы биоэнергетики// СОЖ 1997, № 1, с. 9–14.

3. Скулачев В.П. Электродвигатель бактерий. // СОЖ 1998, № 9, с. 2–7.

4. Виноградов А.Д. Преобразование энергии в митохондриях // СОЖ 1999, № 9, с. 11–19.

5. Тихонов А.Н. Молекулярные преобразователи энергии.// СОЖ. 1997, № 7, с. 10–17.

6. Тихонов А.Н. Молекулярные моторы. Часть 1. Вращающиеся моторы живой клетки // СОЖ. 1999, № 6, с. 8–16

7. В.П.Скулачев Рассказы о биоэнергетике. Серия "Эврика". М. 1982.

Более подробно

1. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Р. и др. Основы биохимии. М.: Мир, 1981.

2. Скулачев В.П. Аккумуляция энергии в клетке. М.: Наука, 1969.

3. Скулачев В. П. Мембранные преобразователи энергии. М.: Высш. шк., 1989.

4. Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. М.: Наука, 1989.

5. Алберте Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. 2-е изд. М.: Мир, 1994. Т. 1.

6. Николс Д. Д. Биоэнергетика: Введение в хемиосмотическую теорию. М.: Мир, 1985.

Строение биополимеров

ЛЕКЦИЯ № 4

Тема нашей сегодняшней лекции — биополимеры.

Для того чтобы выяснить, как устроены молекулы, образующие клетки, какова структура молекул, где они находятся в клетке, мы сначала вспомним строение клетки. Вспомнив, из чего состоит живая клетка, и какие функции выполняют те или иные органеллы, мы сможем заполнить следующую табличку. Оказывается, можно провести интересную аналогию с элементами, выполняющими схожие функции у живых организмов и государств. Выделим следующие функции:

* защиты (внешнюю и внутреннюю);

* транспортную (веществ и информации);

* обеспечение клетки энергией и веществами;

* хранение и передача информации.

За внешнюю защиту у клеток отвечает клеточная мембрана; у организмов — кожа, когти, перья, шерсть; у государств — погранвойска. Внутреннюю защиту клеткам обеспечивает система рестрикции-модификации. Для примера приведем бактериальную клетку. У нее есть специальные ферменты — рестриктазы (в пер. с англ. «ограничивать»), которые разрезают чужеродную ДНК. На собственных ДНК есть специальные химические метки, чтобы рестриктазы смогли их распознать. У организмов в качестве внутренней защиты существует иммунная система, а у государства — МВД, ФСК.

Структурные и функциональные аналогии в строении различных систем

Обеспечением энергией в животных клетках занимаются митохондрии, а в растительных — хлоропласты, в организмах — пищеварительная и дыхательная системы, в государстве же — организации типа Газпрома и АЭС. Обеспечение клетки веществами идет благодаря трансмембранным каналам, лизосомам, в организме — пищеварительной системе, а в государстве — сельскохозяйственной и др. промышленности.