Статья: Молекулярные машины
На рисунке виден срез митохондрии (рис. 12). Внутри содержится матрикс и выросты (складки) – кристы, на которых и расположена АТФ-синтаза. Зачем нужны складки? Чтобы увеличить площадь поверхности. Количество складок внутри митохондрий зависит от того, насколько интенсивно ей приходится работать, сколько энергии нужно клетке. Митохондрии в клетках печени имеют гораздо меньше крист, чем, например, в клетках сердца.
В хлоропластах происходит точно такой же процесс синтеза АТФ, также работает АТФ-синтаза, как и в митохондриях, но источником протонного потенциала является уловленная энергия света. Там тоже есть складки, они называются тилакоидами. Только в хлоропластах все как бы вывернуто наизнанку. То есть протоны за счет энергии света накапливаются снаружи этих образований.
Двигатель бактерий
Перейдем к работе следующего молекулярного мотора – жгутика у бактерии.
Известно, что не все, но некоторые бактерии могут двигаться. Для того, чтобы двигаться, они вертят хвостом, т.е. жгутиком. Если жгутиков несколько, то во время вращения они сплетаются в единый жгут, и вращаются, двигая бактерию, примерно как лопасти у катера (рис. 13).
Жгутик очень маленький, в световой микроскоп его трудно увидеть. Для того, чтобы проверить, действительно ли жгутик вращается при движении бактерии, бактериальную клетку за жгутик прикрепили к стеклу (рис. 14). В раствор добавили вещество, которое она любит, например, сахар, и она начала вертеться, потому что она явно хотела добраться до сахара, если не добавляли, то она вела себя более спокойно.
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 COOH в аминокислотах. Число протонов, которые должны «провалиться» в канал за время одной прокрутки жгутика,- порядка тысячи; остальные параметры приведены ниже
Вот микрофотография жгутика и молекулярного мотора в основании этого жгутика.
В лекции использованы рисунки из Соросовского образовательного журнала.
Список литературы
Соросовский образовательный журнал journal.issep.rssi.ru
Скулачев В.П. Законы биоэнергетики// СОЖ 1997, №1, с. 9-14.
Скулачев В.П. Электродвигатель бактерий. // СОЖ 1998, №9, с. 2-7.
Виноградов А.Д. Преобразование энергии в митохондриях // СОЖ 1999, №9, с. 11-19.
Тихонов А.Н.Молекулярные преобразователи энергии.// СОЖ. 1997, № 7, с. 10-17.
Тихонов А.Н. Молекулярные моторы. Часть 1. Вращающиеся моторы живой клетки // СОЖ. 1999, №6, с. 8-16
В.П.Скулачев Рассказы о биоэнергетике. Серия "Эврика". М. 1982.
Уайт А., Хендлер Ф., Смит Р. и др. Основы биохимии. М.: Мир, 1981.
Скулачев В.П. Аккумуляция энергии в клетке. М.: Наука, 1969.
Скулачев В.П. Мембранные преобразователи энергии. М.: Высш. шк., 1989.
Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. М.: Наука, 1989.
Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. 2-е изд. М.: Мир, 1994. Т. 1.
Николс Д.Д. Биоэнергетика: Введение в хемиосмотическую теорию. М.: Мир, 1985.