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
| ФУНКЦИЯ | КЛЕТОЧНАЯ ОРГАНЕЛЛА ИЛИ СИСТЕМА | ОРГАН ИЛИ СИСТЕМА ОРГАНОВ | КАСТЫ | ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ |
| Защита | ||||
| - внешняя | клеточная мембрана | кожа, шерсть, когти, перья | кшатрии (воины) | погранвойска |
| - внутренняя | система рестрикции-модификации* | иммунная система | МВД, ФСК | |
| Обеспечение | ||||
| - энергией | митохондрии, хлоропласты; | Пищеварительная + дыхательная системы | шудры (ремесленники) | Газпром, АЭС |
| - веществами | Трансмембранные каналы, лизосомы | Пищеварительная система | с/х, горнодоб. промышленность | |
| Информация | ||||
| хранение и воспроизведение | ядро, ДНК | мозг, центр. нервная система | брахманы (жрецы) | культура, искусство; школа |
| Транспорт | ||||
| - вещества | эндоплазматическая сеть | Пищеварительный тракт, кровь | вайшьи (торговцы) | нефтепровод, транспорт |
| - информации | РНК | нервы, гормоны | почта, телефон, ИНТЕРНЕТ | |
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.
Хранение и воспроизведение информации на клеточном уровне идет в ядре посредством ДНК, в организме эту функцию имеет мозг, центральная нервная система, в стране – школы, библиотеки, культура, искусство.
Транспортируются вещества в клетке благодаря эндоплазматической сети, в организме – желудочно-кишечному тракту, дыхательной системе, крови; в стране – нефте- и газопроводам, транспорту. Что же касается передачи информации, то в клетке этим занимается матричная РНК; в организме – нервы и гормоны (нервно-гуморальная система). Причем хочется отметить, что нервную систему можно сравнить с адресной доставкой (человек может получить письмо лично, и никто больше об этом не узнает), то есть по нервам можно доставить информацию очень точно к определенной мышце или определенному органу. А гормональную систему можно сравнить со СМИ, то есть она работает как система всеобщего оповещения. В государстве за информацию отвечают почта, телефонная сеть, Интернет и др.
Мы провели аналогию с хорошо известными вам системами (организм и государство), чтобы иметь более абстрактное представление о строении клетки.
В таблице добавлены индийские касты. Касты возникли, как структуры, фиксирующие функциональные особенности разных слоев населения. Кшатрии (воины) выполняют функции защиты; шудры (торговцы и ремесленники) – обеспечения питанием и энергией; брахманы (жрецы) – хранения и воспроизведения информации, вайшьи (торговцы) – транспорт вещества и информации.
Далее мы переходим к изучению веществ, из которых состоит клетка, и будем говорить о связи структур и функций этих веществ.
Основные атомы, составляющие живую клетку – это углерод, водород, кислород, азот и фосфор. Конечно, в полимерах присутствуют и другие вещества (например, сера), но сейчас мы рассмотрим комбинации этих пяти элементов. Как вы знаете, образование биополимеров возможно благодаря тому, что углерод четырехвалентен, способен образовывать 4 связи, и атомы углерода, связываясь друг с другом, могут образовывать длинные цепочки, состоящие из десятков атомов. Мы расскажем о четырех видах биополимеров: белках, нуклеиновых кислотах, липидах и углеводах; как они устроены и чем занимаются.
Список литературы
А.В.Макеев. Основы биологии, лекция 1: Атомный и молекулярный состав живых организмов, стр. 5-30
Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор. Биология, том. 1, глава 5: Химические компоненты живого (стр. 151-194)
Д.Месслер. Биохимия, том. 1, глава 2: Молекулы, из которых мы состоим (стр. 67-199).