На микроскопическом уровне мы все состоим из клеток. Посмотрите на себя в зеркало — вы увидите около 10 триллионов клеток, разделенных примерно на 200 различных типов. Наши мышцы состоят из мышечных клеток, наша печень — из клеток печени, и есть даже очень специализированные типы клеток, которые образуют эмаль наших зубов или прозрачные линзы наших глаз!
Если вы хотите понять, как работает ваше тело, вам нужно понять клетки. Все, от размножения до инфекций и восстановления сломанной кости, происходит на клеточном уровне.
Ваше тело состоит примерно из 10 триллионов клеток. Самые большие человеческие клетки имеют диаметр человеческого волоса, но большинство клеток меньше — возможно, одна десятая диаметра волоса.
Теперь проведите пальцами по волосам и посмотрите на один волос. Он не очень толстый — около 100 микрон в диаметре.
микрон — это миллионная часть метра, поэтому 100 микрон — это десятая часть миллиметра.
Типичная человеческая клетка может составлять одну десятую диаметра вашего волоса (10 микрон). Посмотрите на свой мизинец — он может состоять из 2 или 3 миллиардов клеток или около того, в зависимости от вашего размера.
Представьте себе целый дом, наполненный молодым горошком. Если дом — это ваш мизинец, то горошины — это клетки. Это много клеток!
Бактерии — это простейшие клетки, существующие сегодня. Бактерия – это отдельная, автономная, живая клетка. Типична бактерия Escherichia coli (кишечная палочка) — ее размер составляет около одной сотой человеческой клетки (возможно, один микрон в длину и одну десятую микрона в ширину). Когда вы заражаетесь, бактерии плавают вокруг ваших больших клеток, как маленькие гребные лодки рядом с большим кораблем.
Бактерии намного проще человеческих клеток. Бактерия состоит из внешней оболочки, называемой клеточной мембраной, а внутри мембраны находится водянистая жидкость, называемая цитоплазмой. Цитоплазма может на 70 процентов состоять из воды. Остальные 30 процентов заполнены белками, называемыми ферментами, которые вырабатываются клеткой, а также более мелкими молекулами, такими как аминокислоты, молекулы глюкозы и АТФ.
В центре клетки находится клубок ДНК (похожий на скрученный клубок ниток). Если бы вы растянули эту ДНК в одну длинную нить, она была бы невероятно длинной по сравнению с бактериями — примерно в 1000 раз длиннее!
У бактерии ДНК не защищена: скомканный шарик плавает в цитоплазме примерно в центре клетки. К внешней стороне клетки прикреплены длинные нити, называемые жгутиками, которые приводят клетку в движение. Не все бактерии имеют жгутики, и ни одна клетка человека, кроме сперматозоидов, их не имеет.
Клетки человека гораздо сложнее бактерий. Они содержат специальную ядерную мембрану для защиты ДНК, дополнительные мембраны и структуры, такие как митохондрии и тельца Гольджи, а также множество других усовершенствованных функций. Однако фундаментальные процессы у бактерий и клеток человека одинаковы, поэтому приведем их на примере бактерий.
Ферменты
В любой момент вся работа, выполняемая внутри любой клетки, выполняется ферментами. Если вы понимаете ферменты, вы понимаете клетки. У такой бактерии, как кишечная палочка в цитоплазме в любой момент времени плавает около 1000 различных типов ферментов.
Ферменты обладают чрезвычайно интересными свойствами, которые делают их маленькими машинами для химических реакций. Цель фермента в клетке — позволить клетке очень быстро выполнять химические реакции. Эти реакции позволяют клетке строить или разбирать молекулы по мере необходимости. Так клетка растет и размножается. На самом базовом уровне клетка представляет собой небольшой мешочек, полный химических реакций, которые становятся возможными благодаря ферментам!
Ферменты состоят из аминокислот и являются белками. Когда образуется фермент, он создается путем объединения от 100 до 1000 аминокислот в очень специфическом и уникальном порядке. Цепь аминокислот затем сворачивается в уникальную форму. Такая форма позволяет ферменту осуществлять определенные химические реакции — фермент действует как очень эффективный катализатор конкретной химической реакции. Фермент значительно ускоряет эту реакцию.
Разрушение молекул на части и соединение молекул — это то, что делают ферменты, и для каждой химической реакции, необходимой для правильной работы клетки, существует определенный фермент.
Внутри бактерии имеется около 1000 видов ферментов. Все ферменты свободно плавают в цитоплазме, ожидая, пока мимо них проплывет распознаваемое ими химическое вещество. Существуют сотни или миллионы копий каждого типа фермента, в зависимости от того, насколько важна реакция для клетки и как часто она необходима.
Эти ферменты делают все: от расщепления глюкозы для получения энергии до построения клеточных стенок, создания новых ферментов и обеспечения возможности размножения клетки. Ферменты выполняют всю работу внутри клеток.
Клетка на самом деле представляет собой не что иное, как набор химических реакций, и ферменты обеспечивают правильное протекание этих реакций.
Белки
Белок – это любая цепочка аминокислот. Аминокислота — это небольшая молекула, которая действует как строительный блок любого белка. Ваше тело на 20 процентов состоит из белка по весу.
Аминокислоты называются «аминокислотами», поскольку они содержат аминогруппу (NH 2 ) и карбоксильную группу (СООН), которые являются кислыми. Человеческое тело состоит из 20 различных аминокислот (в природе существует около 100 различных аминокислот).
Что касается вашего организма, существует два разных типа аминокислот: незаменимые и заменимые.
- Заменимые аминокислоты — это аминокислоты, которые ваш организм может создавать из других химических веществ, содержащихся в вашем организме.
- Незаменимые аминокислоты не могут быть созданы, и поэтому единственный способ их получить – через пищу.
Белок в нашем рационе поступает как из животных, так и из растительных источников. Большинство источников животного происхождения (мясо, молоко, яйца) содержат так называемый «полноценный белок», то есть содержат все незаменимые аминокислоты.
В растительных источниках обычно мало или отсутствуют определенные незаменимые аминокислоты. Например, в рисе мало изолейцина и лизина. Однако комбинируя разные растительные продукты, вы можете получать все незаменимые аминокислоты в течение дня.
Некоторые растительные источники содержат довольно много белка. Орехи, фасоль и соевые бобы богаты белком. Комбинируя их, можно получить полный охват всех незаменимых аминокислот.
Пищеварительная система расщепляет все белки на аминокислоты, чтобы они могли попасть в кровоток. Затем клетки используют аминокислоты в качестве строительных блоков для создания ферментов и структурных белков.
Воспроизведение
Отличительной чертой всего живого является способность к размножению . Размножение бактерий — это просто еще одно ферментативное поведение. Фермент, называемый ДНК-полимеразой, вместе с несколькими другими ферментами, которые работают вместе с ним, проходит по цепи ДНК и реплицирует ее. Другими словами, ДНК-полимераза расщепляет двойную спираль и создает новую двойную спираль вдоль каждой из двух цепей. Как только он достигает конца петли ДНК, в клетке кишечной палочки плавают две отдельные копии петли. Затем клетка сжимает свою клеточную стенку посередине, делит две петли ДНК между двумя сторонами и разделяется пополам.
В правильных условиях клетка кишечной палочки может делиться таким образом каждые 20 или 30 минут! Ферментативный процесс роста клетки, репликации петли ДНК и расщепления происходит очень быстро.
Яды и антибиотики
Теперь вы можете видеть, что жизнь клетки зависит от богатого набора ферментов, плавающих в цитоплазме клетки. Многие различные яды тем или иным образом нарушают баланс этого супа.
Например, дифтерийный токсин блокирует действие рибосом клетки, делая невозможным перемещение рибосомы по цепи мРНК. С другой стороны, токсин смертоносного гриба подавляет действие РНК-полимеразы и останавливает транскрипцию ДНК. В обоих случаях выработка новых ферментов прекращается, и пораженные токсином клетки больше не могут расти и размножаться.
Антибиотик – это яд, который уничтожает бактериальные клетки, оставляя клетки человека невредимыми. Все антибиотики используют то обстоятельство, что существует множество различий между ферментами внутри клетки человека и ферментами внутри бактерии. Если, например, обнаружен токсин, поражающий рибосому кишечной палочки, но не повреждающий рибосомы человека, то он может оказаться эффективным антибиотиком. Стрептомицин является примером антибиотика, действующего таким образом.
Пенициллин был одним из первых антибиотиков. Он подавляет способность бактерий строить клеточные стенки. Поскольку клеточные стенки бактерий и клеточные стенки человека сильно различаются, пенициллин оказывает большое влияние на определенные виды бактерий, но не влияет на клетки человека.
Сульфамидные препараты действуют путем отключения фермента, который управляет созданием нуклеотидов у бактерий, но не у людей. Без нуклеотидов бактерии не могут размножаться.
Вы можете видеть, что поиск новых антибиотиков происходит на уровне ферментов: поиск различий между ферментами в человеческих и бактериальных клетках, которые можно использовать для уничтожения бактерий, не затрагивая клетки человека.
К сожалению, проблема любого антибиотика заключается в том, что со временем он становится неэффективным. Бактерии размножаются настолько быстро, что вероятность мутаций высока. В вашем организме могут существовать миллионы бактерий, которые убивает антибиотик. Но если хотя бы у одного из них есть мутация, которая делает его невосприимчивым к антибиотику, эта клетка может быстро размножаться, а затем распространяться на других людей. В результате этого процесса большинство бактериальных заболеваний приобретают иммунитет к некоторым или всем антибиотикам, применяемым против них.
Поддержите статью лайком, если было интересно 👍
Делитесь своим мнением в комментариях 💬
Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые интересные статьи 💥
