Молекулярні машини.

Зазвичай курс біології будується від вивчення простого, складових частин, до все більш складного. Спочатку вивчають хімічний склад клітин; потім ДНК, РНК, білок; потім будову клітини.

Але почати ми вирішили з чогось більш близького до людини з фізичною освітою. Чесно кажучи, коли я вивчала біологію, ця тема мене просто вразила, вона мені здалося однією з найбільш цікавих. Тому я вирішила вас не мучити, не відкладати таку цікаву тему на потім, а почати наш курс з розгляду роботи молекулярних машин. Сьогодні ми розглянемо деякі молекулярні машини. Перша з них називається АТФ-синтаза. Вона займається в мітохондріях синтезом аденозинтрифосфорной кислоти (АТФ). Нагадаю, що АТФ - це молекула, що забезпечує клітину енергією (рис. 5).

Щоб нас зараз важливо, зате молекула аденозинтрифосфорной кислоти містить так звану макроергічні зв'язок. Реакція синтезу представлена на схемі.

АДФ + Ф ==> АТФ + H2O

З аденозиндифосфату і фосфату виходить АТФ, при цьому утворюється так звана макроергічні зв'язок, і на її освіту витрачається 30,6 кДж/моль (7,3 ккал/моль). АТФ забезпечує енергією більшість що відбуваються в клітині процесів, тому що при гідролізі макроергічні зв'язку запасені в ній енергія звільняється.

Як ж синтезується ця молекула, тобто, як утворюється макроергічні зв'язок між фосфатами? Це був один час загадкою. Існувало припущення про те, що є якась речовина Х, хімічний посередник, здійснює зв'язок між процесами, що дають енергію, тобто окисленням поживних речовин до СО2 і Н2О, і якимось чином енергія окислення (у своєму роді повільне "горіння" усередині організму) переходить в енергію макроергічні зв'язку в молекулі АТФ. Це припущення про наявність хімічного посередника, якого ніхто знайти не міг, називалося гіпотезою хімічного сполучення (рис. 6).

Але в 1961 р. англійський вчений Пітер Мітчелл запропонував інше пояснення -- хеміосмотіческую гіпотезу (докладніше ми про неї будемо говорити пізніше), яка полягає в тому, що вода, яка утворюється в процесі окислення, утворюється не у вигляді молекули води, а вигляді протона H + і іона гідроксилу OH-. Енергія, що отримується при окисленні, йде на те, щоб продукти реакції - протон і гідроксил - розділити у просторі. Протон викидається з мітохондрій через внутрішню мембрану в міжмембранну простір (сам по собі протон НЕ може проникнути через мембрану мітохондрії, ця мембрана непроникна для заряджених частинок), і гідроксогруппи, яка залишається всередині мітохондрії.

В результаті виникає різниця концентрацій іонів водню (