Hoe Cellen Werken

{h1}

Het menselijk lichaam bestaat uit ongeveer 10 biljoen cellen. Alles van reproductie tot infecties tot het herstellen van een gebroken bot gebeurt op cellulair niveau. Ontdek alles over cellen.

- Op microscopisch niveau zijn we allemaal samengesteld uit cellen. Kijk naar jezelf in een spiegel - wat je ziet is ongeveer 10 biljoen cellen verdeeld in ongeveer 200 verschillende typen. Onze spieren zijn gemaakt van spiercellen, onze levers van levercellen en er zijn zelfs zeer gespecialiseerde soorten cellen die het glazuur voor onze tanden of de heldere lenzen in onze ogen maken!

Als je wilt begrijpen hoe je lichaam werkt, moet je cellen begrijpen. Alles van reproductie tot infecties tot het herstellen van een gebroken bot gebeurt op cellulair niveau. Als je nieuwe grenzen wilt begrijpen, zoals biotechnologie en genetische manipulatie, moet je ook cellen begrijpen.

Iedereen die de krant of een van de wetenschappelijke tijdschriften leest (Scientific American, Discover, Popular Science) is zich ervan bewust dat genen tegenwoordig GROOT nieuws zijn. Hier zijn enkele van de termen die u vaak ziet:

  • biotechnologie
  • Gen-splitsing
  • Menselijk genoom
  • Genetische manipulatie
  • Recombinant DNA
  • Genetische ziekten
  • Gentherapie
  • DNA-mutaties
  • DNA-vingerafdrukken of DNA-profilering

-Gene wetenschap en genetica veranderen snel het gezicht van medicijnen, landbouw en zelfs het rechtssysteem!

In dit artikel gaan we op moleculair niveau duiken om volledig te begrijpen hoe cellen werken. We zullen kijken naar de eenvoudigste cellen mogelijk: bacterie cellen. Door te begrijpen hoe bacteriën werken, kunt u de basismechanismen van alle cellen in uw lichaam begrijpen. Dit is een fascinerend onderwerp, zowel vanwege zijn zeer persoonlijke karakter als vanwege het feit dat het deze nieuwsverhalen zo veel duidelijker en gemakkelijker te begrijpen maakt. Ook als je eenmaal begrijpt hoe cellen werken, kun je andere gerelateerde vragen zoals deze beantwoorden:

  • Wat is een virus en hoe werkt het op moleculair niveau?
  • Wat is een antibioticum en hoe werken antibiotica? Waarom doden antibiotica normale cellen niet?
  • Wat is een vitamine en waarom moeten we ze elke dag nemen?
  • Hoe werken vergiften?
  • Wat betekent het om te leven, althans op cellulair niveau?

Al deze vragen hebben duidelijke antwoorden als je eenmaal begrijpt hoe cellen werken - dus laten we aan de slag gaan!

Celonderdelen

Hoe cellen werken: werken

Je lichaam is van ongeveer gemaakt 10 biljoen cellen. De grootste menselijke cellen zijn ongeveer de diameter van een mensenhaar, maar de meeste menselijke cellen zijn kleiner - misschien een tiende van de diameter van een mensenhaar.

Steek nu je vingers door je haar en kijk naar een enkele streng. Het is niet erg dik - misschien 100 micron in diameter (een micron is een miljoenste van een meter, dus 100 micron is een tiende millimeter). Een typische menselijke cel kan een tiende zijn van de diameter van uw haar (10 micron). Kijk naar je kleine teen - het kan 2 of 3 miljard cellen of zo vertegenwoordigen, afhankelijk van hoe groot je bent. Stel je een heel huis vol met peultjes voor. Als het huis je kleine teen is, zijn de erwten de cellen. Dat zijn veel cellen!

Bacteriën gaan over de eenvoudigste cellen die tegenwoordig bestaan. Een bacterie is een enkele, op zichzelf staande, levende cel. Een Escherichia coli bacteriën (of E coli bacteriën) is typisch - het is ongeveer een honderdste van de grootte van een menselijke cel (misschien een micron lang en een tiende van een micron breed), dus het is onzichtbaar zonder een microscoop. Wanneer je een infectie krijgt, zwemmen de bacteriën rond je grote cellen als kleine roeiboten naast een groot schip.

Bacteriën zijn een stuk eenvoudiger dan menselijke cellen. Een bacterie bestaat uit een buitenverpakking genaamd de celmembraanen in het membraan bevindt zich een waterige vloeistof, de cytoplasma. Cytoplasma kan 70 procent water zijn. De andere 30 procent is gevuld met eiwitten die worden genoemd enzymen dat de cel heeft gefabriceerd, samen met kleinere moleculen zoals aminozuren, glucosemoleculen en ATP. In het midden van de cel bevindt zich een bal DNA (vergelijkbaar met een opgerolde kluwen touw). Als je dit DNA in een lange streng zou uitrekken, zou het ongelooflijk lang zijn in vergelijking met de bacteriën - ongeveer 1000 keer langer!

Een E. coli-bacterie heeft een kenmerkende capsulevorm. Het buitenste deel van de cel is het celmembraan, hier in oranje weergegeven. In E. coli zijn er eigenlijk twee dicht op elkaar liggende membranen die de cel beschermen. Binnenin het membraan bevindt zich het cytoplasma, opgebouwd uit miljoenen enzymen, suikers, ATP en andere moleculen die vrij ronddrijven in water. In het midden van de cel zit zijn DNA. Het DNA is als een opgerolde touwtjes. Er is geen bescherming voor het DNA in een bacterie - de opgezogen bal zweeft ruwweg in het midden van de cel in het cytoplasma. Aan de buitenkant van de cel zitten lange strengen genoemd flagella, die de cel voortstuwen. Niet alle bacteriën hebben flagellen en geen menselijke cellen hebben ze naast zaadcellen.

Menselijke cellen zijn veel complexer dan bacteriën. Ze bevatten een speciaal nucleair membraan om het DNA te beschermen, extra membranen en structuren zoals mitochondria en Golgi-lichamen, en een verscheidenheid aan andere geavanceerde functies. De fundamentele processen zijn echter hetzelfde in bacteriën en menselijke cellen, dus we zullen beginnen met bacteriën.

enzymen

De chemische structuur van glucose

De chemische structuur van glucose

Op elk willekeurig moment wordt al het werk dat in een cel wordt gedaan gedaan door enzymen. Als je enzymen begrijpt, begrijp je cellen. Een bacterie zoals E. coli heeft op elk willekeurig moment ongeveer 1.000 verschillende soorten enzymen rondzweven in het cytoplasma.

Enzymen hebben buitengewoon interessante eigenschappen waardoor ze kleine chemische reactiemachines worden.Het doel van een enzym in een cel is om de cel in staat te stellen zeer snel chemische reacties uit te voeren. Door deze reacties kan de cel dingen bouwen of zaken uit elkaar halen als dat nodig is. Dit is hoe een cel groeit en zich vermenigvuldigt. Op het meest basale niveau is een cel echt een klein zakje vol met chemische reacties die mogelijk gemaakt worden door enzymen!

Enzymen zijn gemaakt van aminozurenen ze zijn eiwitten. Wanneer een enzym wordt gevormd, wordt het gemaakt door rijgen tussen 100 en 1.000 aminozuren in een zeer specifieke en unieke volgorde. De keten van aminozuren vouwt vervolgens in een unieke vorm. Die vorm laat het enzym toe om specifieke chemische reacties uit te voeren - een enzym fungeert als een zeer efficiënte katalysator voor een specifieke chemische reactie. Het enzym versnelt die reactie enorm.

De suiker-maltose is bijvoorbeeld gemaakt van twee glucosemoleculen die aan elkaar zijn gebonden. Het enzym maltase is zo gevormd dat het de binding kan verbreken en de twee glucose-stukjes kan bevrijden. Het enige wat maltase kan doen, is het verbreken van maltose-moleculen, maar het kan dat heel snel en efficiënt doen. Andere soorten enzymen kunnen atomen en moleculen samenbrengen. Moleculen breken en moleculen bij elkaar brengen is wat enzymen doen, en er is een specifiek enzym voor elke chemische reactie die nodig is om de cel goed te laten werken.

Hoe cellen werken: werken

Maltose is gemaakt van twee glucosemoleculen die aan elkaar zijn gebonden (1). Het maltase-enzym is een eiwit dat perfect is gevormd om een ​​maltose-molecuul te accepteren en de binding te verbreken (2). De twee glucosemoleculen worden vrijgegeven (3). Een enkel maltase-enzym kan meer dan 1.000 maltose-bindingen per seconde breken en accepteert alleen maltose-moleculen.

Je kunt in het bovenstaande schema de basishandeling van een enzym zien. Een maltose-molecuul drijft dichtbij en wordt gevangen op een specifieke plaats op het maltase-enzym. De actieve site op het enzym breekt de binding, en dan drijven de twee glucosemoleculen weg.

Je hebt misschien wel eens gehoord van mensen die dat wel zijn Lactose intolerantie, of u kunt zelf last hebben van dit probleem. Het probleem ontstaat doordat de suiker in melk - lactose - niet in de glucosecomponenten wordt ingebroken. Daarom kan het niet worden verteerd. De darmcellen van mensen met lactose-intolerantie produceren niet lactase, het enzym dat nodig is om lactose af te breken. Dit probleem laat zien hoe het ontbreken van slechts één enzym in het menselijk lichaam tot problemen kan leiden. Een persoon die lactose-intolerant is, kan een druppel lactase inslikken voorafgaand aan het drinken van melk en het probleem is opgelost. Veel enzymdeficiënties zijn lang niet zo gemakkelijk te herstellen.

In een bacterie zitten ongeveer 1000 soorten enzymen (waarvan lactase er één is). Alle enzymen zweven vrij in het cytoplasma en wachten op de chemische stof die ze herkennen om voorbij te zweven. Er zijn honderden of miljoenen kopieën van elk verschillend type enzym, afhankelijk van hoe belangrijk een reactie is voor een cel en hoe vaak de reactie nodig is. Deze enzymen doen alles, van het onderbreken van glucose voor energie tot het bouwen van celwanden, het bouwen van nieuwe enzymen en het laten reproduceren van de cel. Enzymen doen al het werk in cellen.

eiwitten

Hoe cellen werken: voor

Een eiwit is een keten van aminozuren. Een aminozuur is een klein molecuul dat fungeert als de bouwsteen van elk eiwit. Als je het vet negeert, is je lichaam ongeveer 20 procent eiwit per gewicht. Het is ongeveer 60 procent water. Het grootste deel van de rest van je lichaam bestaat uit mineralen (bijvoorbeeld calcium in je botten).

Aminozuren worden "aminozuren" genoemd omdat ze een aminogroep bevatten (NH2) en een carboxylgroep (COOH) die zuur is. In de bovenstaande afbeelding ziet u de chemische structuur van twee van de aminozuren. Je kunt zien dat het bovenste deel van elk hetzelfde is. Dat geldt voor alle aminozuren - de kleine keten aan de onderkant (de H of de CH3 in deze twee aminozuren) is het enige dat varieert van het ene aminozuur tot het andere. In sommige aminozuren kan het variabele deel vrij groot zijn. Het menselijk lichaam is opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren (er zijn misschien 100 verschillende aminozuren beschikbaar in de natuur).

Wat je lichaam betreft zijn er twee verschillende soorten aminozuren: essentieel en niet-essentieel. Niet-essentiële aminozuren zijn aminozuren die uw lichaam kan aanmaken uit andere chemicaliën die in uw lichaam worden aangetroffen. Essentiële aminozuren kunnen niet worden gemaakt, en daarom is de enige manier om ze te krijgen door middel van voedsel. Hier zijn de verschillende aminozuren:

Niet-essentiële:

  • Alanine (gesynthetiseerd uit pyrodruivenzuur)
  • Arginine (gesynthetiseerd uit glutaminezuur)
  • Asparagine (gesynthetiseerd uit asparaginezuur)
  • Asparaginezuur (gesynthetiseerd uit oxaalazijnzuur)
  • Cysteïne (gesynthetiseerd uit homocysteïne, dat afkomstig is van methionine)
  • Glutaminezuur (gesynthetiseerd uit oxoglutaarzuur)
  • Glutamine (gesynthetiseerd uit glutaminezuur)
  • Glycine (gesynthetiseerd uit serine en threonine)
  • Proline (gesynthetiseerd uit glutaminezuur)
  • Serine (gesynthetiseerd uit glucose)
  • Tryosine (gesynthetiseerd uit fenylalanine)

Essentieel:

  • histidine
  • isoleucine
  • leucine
  • lysine
  • methionine
  • fenylalanine
  • threonine
  • tryptofaan
  • valine

Eiwit in onze voeding is afkomstig van zowel dierlijke als plantaardige bronnen. De meeste dierlijke bronnen (vlees, melk, eieren) leveren "volledig eiwit", wat betekent dat ze alle essentiële aminozuren bevatten. Plantaardige bronnen zitten meestal laag op of missen bepaalde essentiële aminozuren. Rijst bevat bijvoorbeeld weinig isoleucine en lysine. Verschillende plantaardige bronnen hebben echter een tekort aan verschillende aminozuren, en dus kun je door verschillende voedingsmiddelen te combineren alle essentiële aminozuren krijgen gedurende de hele dag. Sommige plantaardige bronnen bevatten nogal wat eiwitten. Noten, bonen en sojabonen bevatten allemaal veel eiwitten.Door ze te combineren, krijgt u volledige dekking van alle essentiële aminozuren.

Het spijsverteringsstelsel breekt alle eiwitten af ​​in hun aminozuren, zodat ze de bloedbaan kunnen binnendringen. Cellen gebruiken vervolgens de aminozuren als bouwstenen om enzymen en structurele eiwitten te bouwen.

Zie How Food Works voor aanvullende informatie.

Enzymen op het werk

Er zijn allerlei enzymen aan het werk in bacteriën en menselijke cellen, en velen van hen zijn ongelooflijk interessant! Cellen gebruiken intern enzymen om te groeien, zich voort te planten en energie te creëren, en ze scheiden vaak ook enzymen uit buiten hun celwanden. E. coli-bacteriën scheiden bijvoorbeeld enzymen uit om voedselmoleculen af ​​te breken zodat ze door de celwand de cel kunnen passeren. Enkele van de enzymen waar u misschien van hebt gehoord zijn:

  • proteasen en peptidasen - Een protease is een enzym dat een lang eiwit kan afbreken in kleinere ketens die peptiden worden genoemd (een peptide is gewoon een korte aminozuurketen). Peptidasen breken peptiden af ​​tot afzonderlijke aminozuren. Proteasen en peptidasen worden vaak aangetroffen in wasmiddelen - ze helpen bij het verwijderen van dingen zoals bloedvlekken van doek door de eiwitten af ​​te breken. Sommige proteasen zijn zeer gespecialiseerd, terwijl andere vrijwel elke keten van aminozuren afbreken. (Je hebt misschien wel gehoord van proteaseremmers gebruikt in geneesmiddelen die het aids-virus bestrijden. Het AIDS-virus gebruikt zeer gespecialiseerde proteasen gedurende een deel van zijn reproductiecyclus en proteaseremmers proberen deze te blokkeren om de reproductie van het virus te stoppen.)
  • amylasen - Amylasen breken zetmeelkettingen af ​​in kleinere suikermoleculen. Je speeksel bevat amylase en je dunne darm ook. Maltase, lactase, sucrase (beschreven in de vorige paragraaf) beëindigen het breken van de eenvoudige suikers in individuele glucosemoleculen.
  • lipasen - Lipasen breken vetten af.
  • cellulases - Cellulases breken cellulose moleculen af ​​tot eenvoudiger suikers. Bacteriën in het lef van koeien en termieten scheiden cellulases uit, en zo kunnen koeien en termieten dingen eten zoals gras en hout.

Bacteriën scheiden deze enzymen uit buiten hun celwanden. Moleculen in de omgeving worden opgesplitst in stukjes (eiwitten in aminozuren, zetmelen in eenvoudige suikers, enz.), Zodat ze klein genoeg zijn om door de celwand het cytoplasma binnen te dringen. Dit is hoe een E. coli eet!

In een cel voeren honderden zeer gespecialiseerde enzymen uiterst specifieke taken uit die de cel nodig heeft om zijn leven te leven. Enkele van de meer verbazingwekkende enzymen die in cellen worden gevonden, zijn onder andere:

  • Energie-enzymen - Een set van 10 enzymen stelt een cel in staat om te presteren glycolyse. Nog eens acht enzymen regelen de citroenzuur cyclus (ook bekend als de Krebs-cyclus). Deze twee processen samen zorgen ervoor dat een cel glucose en zuurstof omzet in adenosine trifosfaat of ATP. In een zuurstof-consumerende cel zoals E. coli of een menselijke cel, vormt één glucosemolecuul 36 ATP-moleculen (in iets als een gistcel, die zijn leven zonder zuurstof leeft, treedt alleen glycose op en produceert het slechts twee ATP-moleculen per glucosemolecule ). ATP is een brandstofmolecuul dat in staat is om enzymen van energie te voorzien door "opwaartse" chemische reacties uit te voeren.
  • Restrictie-enzymen - Veel bacteriën zijn in staat restrictie-enzymen te produceren, die zeer specifieke patronen in DNA-ketens herkennen en het DNA bij die patronen breken. Wanneer een virus zijn DNA in een bacterie injecteert, herkent het restrictie-enzym het virale DNA en snijdt het, waardoor het virus effectief wordt vernietigd voordat het zich kan vermenigvuldigen.
  • DNA-manipulatie-enzymen - Er zijn gespecialiseerde enzymen die DNA-strengen voortbewegen en repareren. Er zijn andere enzymen die DNA-strengen kunnen doen ontwateren om ze te reproduceren (DNA-polymerase). Weer anderen kunnen kleine patronen op DNA vinden en eraan hechten, waardoor ze de toegang tot dat gedeelte van DNA (DNA-bindende eiwitten) blokkeren.
  • Enzymproductie-enzymen - Al deze enzymen moeten ergens vandaan komen, dus er zijn enzymen die de enzymen van de cel produceren! Ribonucleïnezuur (RNA), in drie verschillende vormen (boodschapper-RNA, transfer-RNA en ribosomaal RNA), is een groot deel van het proces.

Een cel is eigenlijk niets anders dan een reeks chemische reacties, en enzymen zorgen ervoor dat die reacties goed verlopen.

Enzymen maken

Zolang het membraan van een cel intact is en alle enzymen maakt die het nodig heeft om goed te functioneren, is de cel dat wel levend. De enzymen die het nodig heeft om goed te functioneren, zorgen ervoor dat de cel energie uit glucose kan aanmaken, de stukken kan bouwen die de celwand vormen, zich voortplanten en, uiteraard, nieuwe enzymen produceren.

Dus waar komen al deze enzymen vandaan? En hoe produceert de cel ze wanneer ze deze nodig heeft? Als een cel slechts een verzameling enzymen is die chemische reacties veroorzaken die de cel doen doen wat ze doet, hoe kunnen een reeks chemische reacties de enzymen creëren die het nodig heeft, en hoe kan de cel zich reproduceren? Waar komt het wonder van het leven vandaan?

Het antwoord op deze vragen ligt in de DNAof deoxyribonucleïnezuur. Je hebt zeker gehoord van DNA, chromosomen en genen. DNA begeleidt de cel bij de productie van nieuwe enzymen.

Het DNA in een cel is eigenlijk gewoon een patroon dat bestaat uit vier verschillende delen, genaamd nucleotiden of bases. Stel je een verzameling blokken voor met slechts vier verschillende vormen, of een alfabet met slechts vier verschillende letters. DNA is een lange reeks blokken of letters. In een E. coli-cel is het DNA-patroon ongeveer 4 miljoen blokken lang. Als je deze enkele standaard van DNA zou uitrekken, zou het 1,36 mm lang zijn - vrij lang gezien de bacterie zelf 1000 keer kleiner is. In bacteriën is de DNA-streng als een opgerolde touwbal.Stelt u zich eens voor dat u 300 m lang ongelofelijk dunne draad neemt en deze opvult - u zou hem gemakkelijk in uw hand kunnen houden. [Het DNA van een mens is ongeveer 3 miljard blokken lang, of bijna 1000 keer langer dan die van E. coli's. Menselijk DNA is zo lang dat de wad-up-aanpak niet werkt. In plaats daarvan wordt menselijk DNA strak verpakt in 23 structuren die worden genoemd chromosomen om hem steviger in te pakken en in een cel te plaatsen.]

Het verbazingwekkende aan DNA is dit: DNA is niets meer dan een patroon dat de cel vertelt hoe het zijn eiwitten moet maken! Dat is alles wat DNA doet. De 4 miljoen basen in het DNA van een E. coli-cel vertellen de cel hoe de 1000 of zo enzymen moeten worden gemaakt die een E. coli-cel nodig heeft om zijn leven te leven. EEN gen is gewoon een stuk DNA dat als een sjabloon fungeert om een ​​enzym te vormen.

Laten we kijken naar het hele proces van hoe DNA wordt omgezet in een enzym zodat je kunt begrijpen hoe het werkt.

DNA

Hoe cellen werken: werken

U hebt waarschijnlijk gehoord van het DNA-molecuul dat de 'dubbele helix' wordt genoemd. DNA is als twee snaren die samen in een lange spiraal zijn gedraaid.

DNA wordt in alle cellen als gevonden basenparen gemaakt van vier verschillende nucleotiden. Elk basenpaar is gevormd uit twee complementaire nucleotiden die aan elkaar zijn gebonden. De vier basissen in het alfabet van DNA zijn:

  • adenine
  • cytosine
  • guanine
  • thymine

Adenine en thymine binden altijd samen als een paar, en cytosine en guanine binden samen als een paar. De paren verbinden zich als sporten in een ladder:

Hoe cellen werken: aminozuren

Basisparen in DNA binden samen om een ​​ladderachtige structuur te vormen. Omdat binding plaatsvindt in hoeken tussen de bases, verandert de hele structuur in een helix.

In een E. coli-bacterie is deze ladder ongeveer 4 miljoen basenparen lang. De twee uiteinden worden aan elkaar gekoppeld om een ​​ring te vormen, en de ring wordt dan opgezogen om in de cel te passen. De hele ring staat bekend als de genoomen wetenschappers hebben het volledig gedecodeerd. Dat wil zeggen, wetenschappers kennen alle 4 miljoen basenparen die nodig zijn om precies het DNA van een E. coli bacterie te vormen. De menselijk genoom project is bezig met het vinden van alle 3 miljard van de basenparen in een typisch menselijk DNA.

De grote vraag

Een gen bestaat uit een promotor, de codons voor een enzym en een stopcodon. Twee genen zijn hierboven weergegeven. De lange streng DNA in een E. coli-bacterie codeert voor ongeveer 4000 genen en op elk moment specificeren die genen ongeveer 1000 enzymen in het cytoplasma van een E. coli-cel. Veel van de genen zijn duplicaten.

Een gen bestaat uit een promotor, de codons voor een enzym en een stopcodon. Twee genen zijn hierboven weergegeven. De lange streng DNA in een E. coli-bacterie codeert voor ongeveer 4000 genen en op elk moment specificeren die genen ongeveer 1000 enzymen in het cytoplasma van een E. coli-cel. Veel van de genen zijn duplicaten.

U herinnert zich misschien uit een vorige sectie dat enzymen worden gevormd uit 20 verschillende aminozuren die in een specifieke volgorde aan elkaar zijn geregen. Daarom is de vraag: hoe kom je van DNA, dat bestaat uit slechts vier nucleotiden, tot een enzym dat 20 verschillende aminozuren bevat? Er zijn twee antwoorden op deze vraag:

  1. Een uiterst complex en verbazingwekkend enzym genaamd a ribosoom leest boodschapper-RNA, geproduceerd uit het DNA, en zet het om in aminozuurketens.
  2. Om de juiste aminozuren te kiezen, neemt een ribosoom de nucleotiden in sets van drie om te coderen voor de 20 aminozuren.

Wat dit betekent is dat elke drie basenparen in de DNA-keten codeert voor één aminozuur in een enzym. Drie nucleotiden in een rij op een DNA-streng wordt daarom aangeduid als a codon. Omdat DNA uit vier verschillende basen bestaat en omdat er drie basen in een codon zijn en omdat 4 * 4 * 4 = 64, zijn er 64 mogelijke patronen voor een codon. Aangezien er slechts 20 mogelijke aminozuren zijn, betekent dit dat er enige redundantie is - verschillende codons kunnen coderen voor hetzelfde aminozuur. Bovendien is er een stop codon dat is het einde van een gen. Dus in een DNA-streng is er een set van 100 tot 1000 codons (300 tot 3000 basen) die de aminozuren specificeren om een ​​specifiek enzym te vormen, en vervolgens een stopcodon om het einde van de keten te markeren. Aan het begin van de keten is een sectie van bases die a wordt genoemd promotor. Een gen bestaat daarom uit een promotor, een reeks codons voor de aminozuren in een specifiek enzym en een stopcodon. Dat is alles dat een gen is.

Om een ​​enzym te maken, moet de cel eerst overschrijven het gen in het DNA in messenger RNA. De transcriptie wordt uitgevoerd door een enzym genaamd RNA polymerase. RNA-polymerase bindt aan de DNA-streng op de promoter, ontkoppelt de twee strengen DNA en maakt vervolgens een complementaire kopie van één van de DNA-strengen in een RNA-streng. RNA, of ribonucleïnezuur, lijkt veel op DNA, behalve dat het gelukkig is om in een enkelstrengige staat te leven (in tegenstelling tot de wens van DNA om complementaire dubbelstrengs helixen te vormen). Het is dus de taak van RNA-polymerase om een ​​kopie van het gen in DNA te maken in een enkele streng boodschapper-RNA (mRNA).

De streng boodschapper-RNA drijft dan naar a ribosoom, misschien wel het meest verbazingwekkende enzym in de natuur. Een ribosoom kijkt naar het eerste codon in een messenger-RNA-streng, vindt het juiste aminozuur voor dat codon, houdt het vast, kijkt vervolgens naar het volgende codon, vindt het juiste aminozuur, hecht het aan het eerste aminozuur en vindt vervolgens de derde codon, enzovoort. Het ribosoom, met andere woorden, leest de codons, zet ze om in aminozuren en hecht de aminozuren aan elkaar om een ​​lange keten te vormen. Wanneer het het laatste codon bereikt - het stopcodon - geeft het ribosoom de keten vrij. De lange keten van aminozuren is natuurlijk een enzym. Het vouwt zich in zijn karakteristieke vorm, zweeft vrij en begint met het uitvoeren van elke reactie die het enzym uitvoert.

Geen eenvoudige taak

Hoe cellen werken: cellen

Het is duidelijk dat het proces dat op de vorige pagina wordt beschreven niet eenvoudig is. Een ribosoom is een uiterst complexe structuur van enzymen en ribosomaal RNA (rRNA) samen gebonden aan een grote moleculaire machine. Een ribosoom wordt geholpen door ATP, dat het aandrijft terwijl het langs het boodschapper-RNA loopt en de aminozuren aan elkaar hecht.Het wordt ook geholpen door RNA overbrengen (tRNA), een verzameling van 20 speciale moleculen die fungeren als dragers voor de 20 verschillende individuele aminozuren. Terwijl het ribosoom omlaag gaat naar het volgende codon, beweegt het juiste tRNA-molecuul, compleet met het juiste aminozuur, op zijn plaats. Het ribosoom breekt het aminozuur van het tRNA af en hecht het aan de groeiende keten van het enzym. Het ribosoom werpt dan het "lege" tRNA-molecuul uit, zodat het een ander aminozuur van het correcte type kan krijgen.

Zoals je ziet, zijn er binnen elke cel verschillende processen die de cel in leven houden:

  • Er is een extreem lang en zeer precies DNA-molecuul dat alle enzymen definieert die de cel nodig heeft.
  • Er zitten RNA-polymerase-enzymen vast aan de DNA-streng op de startpunten van verschillende genen en kopiëren het DNA voor het gen in een mRNA-molecuul.
  • Het mRNA-molecuul drijft over naar een ribosoom, dat het molecuul leest en de reeks aminozuren die het codeert aan elkaar hecht.
  • De reeks aminozuren drijft weg van het ribosoom en vouwt zich in de karakteristieke vorm zodat het zijn specifieke reactie kan katalyseren.

Het cytoplasma van elke cel zwemt met ribosomen, RNA-polymerasen, tRNA- en mRNA-moleculen en enzymen, die allemaal onafhankelijk van elkaar hun reacties uitvoeren.

Zolang de enzymen in een cel actief zijn en alle noodzakelijke enzymen beschikbaar zijn, leeft de cel. Een interessante kanttekening: als je een stel gistcellen neemt en ze mishandelt (bijvoorbeeld in een blender) om de enzymen vrij te maken, zal de resulterende soep nog steeds het soort dingen doen dat levende gistcellen doen (bijvoorbeeld kooldioxide en alcohol uit suiker produceren) gedurende enige tijd. Omdat de cellen niet langer intact zijn en daarom niet levend zijn, worden er geen nieuwe enzymen geproduceerd. Uiteindelijk, als de bestaande enzymen verslijten, reageert de soep niet meer. Op dit punt zijn de cellen en de soep "gestorven".

weergave

Het kenmerk van alle levende dingen is het vermogen om zich voort te planten. Een reproductie van bacteriën is gewoon een ander enzymatisch gedrag. Een enzym genaamd DNA-polymerase, samen met verschillende andere enzymen die er naast werken, loopt langs de DNA-streng en repliceert deze. Met andere woorden, DNA-polymerase splitst de dubbele helix en creëert een nieuwe dubbele helix langs elk van de twee strengen. Zodra het het einde van de DNA-lus bereikt, zijn er twee afzonderlijke kopieën van de lus die in de cel van E. coli zweven. De cel knijpt vervolgens zijn celwand in het midden, verdeelt de twee DNA-lussen tussen de twee zijden en splitst zich in twee.

Onder de juiste omstandigheden kan een E. coli-cel zich elke 20 of 30 minuten splitsen! Het enzymatische proces van het laten groeien van de cel, het repliceren van de DNA-lus en het splitsen gebeurt erg snel.

Zie Hoe menselijke reproductie werkt voor meer informatie.

Gifstoffen en antibiotica

Je kunt nu zien dat de levensduur van een cel afhankelijk is van een rijke soep van enzymen die in het cytoplasma van de cel zweven. Veel verschillende gifstoffen werken door de balans van de soep op de een of andere manier te verstoren.

Bijvoorbeeld, difterietoxine werkt door de werking van de ribosomen van een cel op te werken, waardoor het ribosoom onmogelijk langs de mRNA-streng kan lopen. Het toxine in een dood-dop paddestoel, aan de andere kant, gommen de werking van RNA-polymerase en stopt de transcriptie van DNA. In beide gevallen wordt de productie van nieuwe enzymen afgesloten en kunnen de cellen die door het toxine worden aangetast niet meer groeien of zich voortplanten.

Een antibioticum is een gif dat bacteriële cellen vernietigt terwijl menselijke cellen ongedeerd blijven. Alle antibiotica profiteren van het feit dat er veel verschillen zijn tussen de enzymen in een menselijke cel en de enzymen in een bacterie. Als bijvoorbeeld een toxine wordt aangetroffen dat een E. coli-ribosoom aantast, maar de menselijke ribosomen ongedeerd laat, kan het een effectief antibioticum zijn. Streptomycine is een voorbeeld van een antibioticum dat op deze manier werkt.

Penicilline was een van de eerste antibiotica. Het vat het vermogen van een bacterie op om celwanden te bouwen. Omdat bacteriële celwanden en menselijke celwanden heel verschillend zijn, heeft penicilline een groot effect op bepaalde soorten bacteriën, maar geen effect op menselijke cellen. De sulfamedicijnen werken door een enzym uit te schakelen dat de aanmaak van nucleotiden in bacteriën beheert, maar niet in mensen. Zonder nucleotiden kunnen de bacteriën zich niet voortplanten.

Je kunt zien dat het zoeken naar nieuwe ant


Video Supplement: .




Onderzoek


Studie: Mariene Soorten Collapse Tegen 2048
Studie: Mariene Soorten Collapse Tegen 2048

Monster Black Hole Is Het Grootste Ooit Gevonden
Monster Black Hole Is Het Grootste Ooit Gevonden

Science Nieuws


Blue Bell'S Listeria Scare: Hoe Het Groeit In Ijs
Blue Bell'S Listeria Scare: Hoe Het Groeit In Ijs

Lage Niveaus Van Grote Meren Kunnen Spring Boost Krijgen
Lage Niveaus Van Grote Meren Kunnen Spring Boost Krijgen

Zullen Alle Boerderijen In De Toekomst Binnen Zijn?
Zullen Alle Boerderijen In De Toekomst Binnen Zijn?

Heilige Sneeuwrollen! Vreemde Sneeuwballen Val De Vs Binnen
Heilige Sneeuwrollen! Vreemde Sneeuwballen Val De Vs Binnen

Bevat Koffie Kankerverwekkende Stoffen? Hier Is Wat De Wetenschap Zegt
Bevat Koffie Kankerverwekkende Stoffen? Hier Is Wat De Wetenschap Zegt

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com