Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Два электрона проходят ло цени связанных с мембраной цитохромов, п в результате возникает градиент ионов водорода, направленный перпендикулярно поверхности мембраны. Этот градиент затем обеспечивает синтез АТФ, сопряженный с образованием воды.
\ I о л ОС [ ь м и юхонлрии
Внутренняя мембрана м итохонлрии
доказательств существования хотя бы одного такого промежуточного соединения. Непонятно было также наблюдение, что только интактныо митохондрии и хлоропласты образуют АТФ. Для сопряжения окислитель-по-восстаиовительных реакций и образования АТФ необходимы неповрежденные наружные мембраны. Разрешение этих неожиданных затруднений было достигнуто в начале 60-х годов благодаря работам английского биохимика Питера Митчелла. Он предположил, что цитохромы в мембранах располагаются таким образом, что это приводит к образованито граднеп-тов иопов Н + , причем с внешней стороны мембраны митохондрий (хлоро-пластов) создается более высокая концентрация ионов И+, чем с внутренней. Отдельные цитохромные компоненты располагаются так. что при прохождении каждой пары электронов по дыхательной цепи от НАД к 02 три пары ионов II+ перемещаются наружу; благодаря этому и создаются градиенты. Отти используются затем для обеспечения энергией реакции соединения АДФ и фосфата с образованием АТФ (рис. 2-14). Это объяснение, известное как химио-осмотическая теория, было вначале весьма скептически встречено биохимиками, привыкшими к поиску все новых богатых энергией промежуточных продуктов. В настоящее время, однако, идея Митчелла признана одним из важных теоретических достижений современной биохимии.
ВИТАМИНЫ И ФАКТОРЫ РОСТА
Хотя и существует ряд микроорганизмов, способных довольствоваться глюкозой в качестве единственного источника энергии и углерода (примером может служить Е. coli), для всех высших животных и некоторых бактерий одной глюкозы недостаточно. Так, например, в организме крысы пе могут синтезироваться 11 из 20 аминокислот, входящих в состав его белков, и, значит, в пищевой рацион этого животного должны входить определенные количества этих 11 аминокислот.
Помимо таких веществ (необходимых факторов роста), выполняющих важную роль в построении структурной основы клеток, многим организмам часто требуются в очень малых количествах те или иные специфичные органические соединения. Эти соединения былп названы витаминами. В течепие многих лет их функция оставалась загадочной. Теперь мы знаем, что витамины тесно связаны с кофермептамн. Некоторые из них само функционируют как коферменты, а другие являются предшественниками коферментов (папример, витамин ниацип используется для синтеза НАД). Тот факт, что коферменты, подобно ферментам, способны функционировать мпогократно, объясняет, почему витамины нужны только в следовых количествах.
Таким образом, сама потребность в том пли ином веществе как в факторе роста или витамине не представляет собой чего-то необычного; с химической точки зрения она легко объяснима. По всей вероятности, в процессе эволюции какие-то гены, контролирующие синтез определенных веществ, утрачивались, и вследствие этого возникала потребность в доставке этих веществ извне, с нищей. Сохранение гена, обеспечивающего синтез какого-либо вещества, в избытке имеющегося в пище, не давало бы организму никакого преимущества в отборе.
ЛАБИЛЬНОСТЬ БОЛЬШИХ МОЛЕКУЛ
Биохимики добились выдающихся успехов в изучении свойств малых молекул, папример аминокислот и нуклеотидов. С макромолекулами до 1950 г. дело обстояло значительно хуже. Единственным подлинным
4*
5)
достижением было исследование некоторых полисахаридов, например гликогена. Полисахариды более доступны для изучения, так кап это регулярные полимеры, построенные из одинаковых субъединиц — молекул глюкокы. Однако выяснение строения полисахаридов не оказало большого влияния на развитие биологии. В структурном отношении полисахариды .мало интересны; единственная их роль заключается в том, что они служат резервом глюкозы. Значительно больший интерес вызывали белки и нуклеиновые кислоты: первые — потому что многие из них являются ферментами, а вторые — потому что им приписывали важную роль в механизме наследственности. Однако долгое время ии те, ни другие не поддавались изучению.
Главным препятствие» оказывалась малая устойчивость этих соединении по сравнению с обычными иизкомолекулярными веществами.
11 рп повышенных значениях температуры и пефнзиол о г ячеек и х значениях pH состояние их изменяется (происходит так называемая денатурация) и они нередко выпадают из раствора в псактивной форме. Поэтому при их выделении необходимо соблюдать большие предосторожности; часто всю процедуру выделения проводят при температурах, близких к 0 -Вначале думали, что только белки подвержены денатурации, однако в настоящее время ясно, чти и нуклеиновые кислоты денатурируются в процессе выделения, если не принимать необходимых мер.
До 194Г» г. при изучении низкомолекулярных веществ основным орудием исследователя были обычные методы органической химии. Поэтому успех биохимика, изучающего промежуточный обмен веществ, часто зависел от его опыта н области органической химии. Однако в работе с белками и нуклеиновыми кислотами на первых этапах исследовании вообще невозможно было прибегать к аналитическим методам органической химии. Прежде чем приступить к изучению структуры белка, исследователь должен был потратить очень много труда, чтобы убедиться в том, что ему удалось получить, во-первых, химически чистый и, во-вторых, биологически активный материал. Для итого прежде всего требовалось разработать специальные методы выделения белков, исключающие обычное для органического анализа использование кислот и щелочей. Затея нужно было иметь методы, дающие возможность судить о гомогенности продукта и о размерах молекул. При этом, естественно, нельзя было обойтись без физической химии; в результате возникла новая область — исследование физико-химических свойств макромолекул в растворах. Эта область занималась, например, такими вопросами, как осмотические свойства растворов макромолекул н движение макромолекул в электрическом и центробежном полях.
