Основы молекулярной биологии. Часть 1: Молекулярная биология клетки - А.Н. Огурцов 2011

Основы клеточной теории
Компоненты и содержимое клетки Escherichia coli

Бактерия Escherichia coli живет в кишечнике млекопитающих как симбионт. Её структура и состав изучены достаточно хорошо.

Основным компонентом всех клеток является вода (70%). Остальная часть — это макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), небольшие органические молекулы и неорганические ионы. Наиболее распространенными из макромолекул являются белки, составляющие до 55% сухого веса клетки.

Единичная клетка Escherichia coli имеет объем около 0,88 мкм3. По одной шестой этого объема составляют мембраны и ДНК (нуклеоид). Оставшееся внутреннее пространство заполнено цитоплазмой.

С учетом ряда допущений относительно размера белков (средняя молекулярная масса 40 кДа) и их распределения в клетке можно считать, что цитоплазма клетки Escherichia coli содержит приблизительно 250 000 белковых молекул. В эукариотических клетках, которые примерно в 1000 раз больше, число белковых молекул можно оценить в несколько миллиардов.

На рисунке 16 приведен участок цитоплазмы Escherichia coli (длиной около 100 нм), составляющий 1/600 объема клетки; увеличение 1x106.

Рисунок 16 - Содержимое бактериальной клетки Escherichia coli

При таком увеличении размер атома углерода соответствует крупинке соли, а молекулы АТФ - рисовому зернышку. В целях упрощения небольшие по размерам молекулы, такие, как вода, кофакторы и метаболиты, на рисунке не приведены (они показаны в увеличенном виде внизу справа). В таком участке цитоплазмы содержатся:

✵ сотни макромолекул, необходимых для синтеза белков, а именно:

— 30 рибосом,

— более чем 100 белковых факторов,

— 30 молекул аминоацил-тРНК-синтетаз,

— 340 молекул тРНК (tRNA),

— 2-3 мРНК (mRNA) (каждая из которых по размерам десятикратно превышает приведенный участок клетки) и

— 6 молекул РНК-полимеразы;

✵ около 300 молекул других ферментов, включая 130 гликолитических ферментов и 100 ферментов цитратного цикла;

✵ 30 000 небольших органических молекул с молекулярной массой от 100 до 1000 Да, например продукты промежуточного метаболизма и коферменты (показаны в 10-кратном увеличении внизу справа);

✵ наконец, 50 000 неорганических ионов;

✵ остальной объем занимает вода.

Схема иллюстрирует тот факт, что цитоплазма клеток заполнена макромолекулами и малыми органическими молекулами, причем макромолекулы расположены очень близко друг к другу - большинство из них разделено лишь несколькими молекулами воды.

Все эти молекулы находятся в постоянном движении. Однако повторяющиеся столкновения предотвращают их движение в каком-либо определенном направлении. В действительности они движутся беспорядочно по зигзагообразным траекториям.

Белки из-за большой массы движутся особенно медленно. Тем не менее, при физиологических условиях, средняя скорость миграции составляет около 5 нм/мс, т.е. за 2 мс они проходят расстояние, равное диаметру белковой глобулы. По статистической оценке любой белок может достичь любой точки в клеточной цитоплазме менее чем за секунду.





Для любых предложений по сайту: [email protected]