ВІД МОЛЕКУЛ До КЛІТИНАМ
Для правильної роботи систем клітини необхідна їх чітка організація. Тому природа придумала хитрий механізм, який дозволяє керувати процесом угруповання молекул.
Звичайні ковалентні зв'язку для об'єднання макромолекул не підходять, адже атоми, пов'язані ковалентним зв'язком, стають частинами однієї молекули. Якщо уявити організацію макромолекул в клітині за допомогою ковалентних зв'язків, вийде, що клітина - одна гігантська макромолекула! Крім того, ковалентні зв'язки занадто міцні - справжній «сталевий трос». Для величезних неповоротких громадин на кшталт білків або нуклеїнових кислот потрібно щось зовсім інше - подобу тонкої рибальської мережі. Така «мережу» надійно утримає молекули разом і одночасно надасть їм деяку свободу, необхідну для виконання їх функції.
Мережа, що об'єднує дві макромолекули, утворюється тому, що ковалентно пов'язані атоми здатні взаємодіяти з прилеглими атомами в межах однієї і тієї ж або різних молекул. Ці взаємодії значно слабкіше, ніж ковалентні зв'язки, і назва у них відповідна - слабкі взаємодії. У біомолекул розрізняють три типи слабких взаємодій - водневі зв'язку, іонні взаємодії і вандерваальсови сили (див. Статтю «Хімічна зв'язок»).
Ще одна важлива слабку взаємодію обумовлено не стільки природою зближених атомів, скільки просторової структурою води. У цього унікального речовини занадто впорядкована для рідини структура, підтримувана водневими зв'язками. Коли в таку налагоджену систему впроваджуються чужорідні об'єкти - неполярні групи атомів, які в достатку містяться в багатьох біомолекул, водневі зв'язки порушуються. Це вкрай невигідно з термодинамічної точки зору. Щоб уникнути значного програшу в енергії, залишається один вихід - зібрати чужорідні неполярні залишки в одну купку і зменшити таким чином їх зіткнення з молекулами води. У підсумку виходить, що неполярні залишки, потрапляючи в воду, прагнуть триматися разом і утворюють контакти один з одним, а не з молекулами води. Ці контакти називаються гідрофобними (від грец. «Гідор» - «вода» і «Фобос» - «страх») взаємодіями.
Слабкі взаємодії всупереч своїй назві наділені сильною владою. Вони визначають, як різні ділянки молекул розташовуються один щодо одного. В результаті слабких взаємодій за рахунок участі в них величезної кількості атомів формуються стійкі структури. Одну або дві зв'язку, звичайно, легко розірвати, але з виникненням безлічі зв'язків міцність взаємодії істотно підвищується.
Велике число контактів між атомами взаємодіючих молекул визначається тим, що їх поверхні відповідають один одному. Звичайно, коли мова йде про маленьких молекулах, наприклад про молекулу води, слово «поверхню» не зовсім доречно. Але на рівні макромолекули поверхня стає найважливішим поняттям. Всі великі молекули згорнуті в просторі так, що частина груп залишається зовні, а частина «дивиться всередину». Від того, які групи знаходяться на поверхні, дуже сильно залежать властивості всієї макромолекули.
Отже, макромолекули з відповідними «формами» розпізнають один одного і прагнуть до об'єднання. Наприклад, молекули білків і ліпідів можуть асоціювати, утворюючи ліпопротеїди. Ці комплекси присутні в плазмі крові ссавців і виконують транспортні функції - здійснюють перенесення речовин в організмі. При об'єднанні нуклеїнових кислот і білків в комплекс утворюються складні за будовою нуклеопротеїни (від лат. Nucleus - «ядро»), що виконують різні біологічні функції. Один з них найбільш широко поширених класів - віруси.
Є серед нуклеопротеидов і такі, без яких важко уявити живу клітину. Це рибосоми - комплекси, що складаються приблизно з 55-100 різних білкових молекул і декількох молекул РНК (див. Статтю «Експресія генів»). Рибосоми грають найважливішу роль - на них відбувається збірка нових білків в клітині. Це унікальний винахід природи, основний атрибут життя. Адже життя починається там, де кипить синтез білка!
Комплекси макромолекул - далеко не останній рівень організації клітини. Вони об'єднуються в окремі структури - клітинні органели: ядра, мітохондрії, хлоропласти і т. П. Різні компоненти клітинних органел також об'єднуються один з одним в основному за допомогою нековалентних взаємодій
Будова ліпідного бішару. Ліпіди ховають свої неполярні «хвости» (радикали жирних кислот), в результаті чого і утворюється бішар.