Книга: Энергия, секс, самоубийство

Глоссарий

Глоссарий

АДФ — аденозиндифосфат, предшественник АТФ.

Антиоксидант — любое соединение, защищающее от биологического окисления. Оно может делать это напрямую, принося себя в жертву и окисляясь вместо других молекул, или косвенно, катализируя разложение биологических окислителей.

Апоптоз — программируемая клеточная смерть, или самоубийство клеток. Сложный, многоступенчатый и тщательно контролируемый механизм удаления поврежденных или ненужных клеток многоклеточного организма.

Архезоя (Archezoa) — разнородная группа одноклеточных эукариот, лишенных митохондрий. Раньше считалось, что по крайней мере некоторые из них никогда не имели митохондрий, но теперь полагают, что все архезои когда-то существовали с митохондриями, а затем утратили их.

Археи (Archaea) — один из трех доменов жизни (наряду с эукариотами и бактериями). Под микроскопом археи внешне похожи на бактерии, но ряд молекулярных признаков сближает их с более сложными эукариотическими клетками.

АТФ — аденозинтрифосфат, универсальная энергетическая валюта жизни. АТФ образуется из АДФ (аденозиндифосфата) и фосфата. Энергия, высвобождающаяся при расщеплении АТФ, используется для совершения многих типов биохимической работы — от сокращения мышц до синтеза белков.

АТФаза (АТФ-синтаза) — ферментный «мотор» в митохондриях. За счет тока протонов через АТФазу из АДФ и фосфата образуется АТФ.

Белки — органические вещества, состоящие из цепочки аминокислот. Форма и функции белков исключительно разнообразны. По сути, они обеспечивают протекание всех свойственных жизни процессов. Белками являются ферменты, структурные волокна, факторы транскрипции, гистоны, гормоны, рецепторы и антитела.

Бесполое размножение — увеличение числа клеток или организмов, при котором возникает точная копия родительской клетки или организма.

Биологическая мембрана — тонкая структура, состоящая из липидов и белков. Все живые клетки ограничены мембраной снаружи, а эукариотические клетки в придачу содержат сложные мембранные структуры внутри.

Брожение (ферментация) — химическое расщепление сахаров (без чистого окисления или восстановления) с образованием спирта или других веществ. При брожении высвобождается энергия, которая может быть направлена на синтез АТФ.

Водородная гипотеза — теория, согласно которой эукариотическая клетка возникла в результате метаболического симбиоза двух сильно отличающихся прокариотических клеток.

Восстановление — приобретение электрона атомом или молекулой.

Восстановленное состояние — общая доля восстановленных молекул определенного рода. Например, при 70 %-ном восстановленном состоянии комплекса I 70 % этих комплексов имеют дыхательный электрон (то есть находятся в восстановленном состоянии), а остальные 30 % находятся в окисленном состоянии.

Гаметы — специализированные половые клетки, например сперматозоиды или яйцеклетки.

Ген — участок ДНК, задающий последовательность одного белка или РНК.

Генетический код — система «записи» генетической информации в виде последовательности нуклеотидов ДНК. Определенные сочетания нуклеотидов — «букв» ДНК — соответствуют определенным аминокислотам или инструкциям, например: «начать считывание» или «прекратить считывание».

Геном — полная совокупность генов организма.

Гетероплазмия — состояние, при котором в клетке присутствуют митохондрии из двух разных источников, например отцовские и материнские митохондрии.

Гидрогеносома — органелла некоторых анаэробных эукариотических клеток. Гидрогеносомы производят энергию за счет сбраживания органических веществ с образованием водорода. Как стало недавно известно, гидрогеносомы и митохондрии имеют общее происхождение.

Гистоны — белки, участвующие в упаковке ДНК. Гистоны есть только у эукариот и некоторых архей, например метаногенов.

Горизонтальный перенос генов — перенос генов между одновременно существующими организмами, а не от родителей к потомству, как при вертикальном переносе генов.

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, молекула, отвечающая за наследственность. ДНК имеет форму двойной спирали. Нуклеотиды одной цепи ДНК комплементарно связаны с нуклеотидами другой, и поэтому каждая цепь может служить матрицей для сборки точной копии исходной молекулы. Последовательность нуклеотидов ДНК кодирует последовательность аминокислот в белках.

Дыхание — окисление пищи с образованием энергии в форме АТФ.

Дыхательная цепь — последовательность белковых комплексов, включенных в бактериальные и митохондриальные мембраны. Каждый такой комплекс состоит из многих субъединиц. Электроны, источником которых является глюкоза, переходят от одного комплекса к другому, а в конце (в комплексе IV) взаимодействуют с кислородом. Энергия, высвобождающаяся в процессе прохода электронов по дыхательной цепи, используется для закачки протонов через мембрану.

Естественный отбор — основной механизм эволюции живых организмов, основанный на дифференциальной выживаемости и успехе размножения особей с наследственными различиями в биологической приспособленности.

Закачка протонов — физическое перемещение протонов через мембрану с образованием протонного градиента.

Клетка — самая маленькая биологическая единица, способная к независимому существованию за счет самовоспроизведения и обмена веществ.

Клеточная стенка — прочная, но проницаемая наружная оболочка клетки бактерий, архей и некоторых эукариот. Она позволяет поддерживать форму клетки и постоянство ее внутреннего состава в условиях меняющейся окружающей среды.

Контрольный участок — фрагмент некодирующей ДНК митохондриального генома. Контрольный участок связывает факторы, отвечающие за контроль экспрессии митохондриальных генов.

Липиды — группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Липиды являются одним из основных компонентов биологических мембран, а также присутствуют в цитоплазме клетки в виде запасных питательных веществ.

Материнское наследование — наследование митохондрий (или хлоропластов) только от одного из родителей, а именно от матери.

Митохондриальная ДНК — молекула ДНК, содержащаяся в митохондриях, обычно в числе от 5 до 10 копий. Как правило, она кольцевая. Митохондриальная ДНК имеет бактериальную природу.

«Митохондриальная Ева» — женщина, которая была последним общим предком всех людей. Поскольку митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии, все ныне живущие люди получили ее от «митохондриальной Евы».

Митохондриальная мутация — наследуемое изменение последовательности митохондриальной ДНК.

Митохондриальное заболевание — болезнь, вызванная мутациями или делециями в митохондриальной ДНК или в тех ядерных генах, которые кодируют белки, предназначенные для транспортировки в митохондрии.

Митохондриальный геном — совокупность генов митохондриальной ДНК. Митохондриальный геном человека состоит из 13 генов, кодирующих белок, и еще некоторого числа генов, кодирующих РНК.

Митохондрии — клеточные органеллы, отвечающие за производство АТФ и контроль апоптоза. Митохондрии произошли от эндосимбиотической ?-протеобактерии (какой именно, пока непонятно).

Мутация — наследуемое изменение последовательности ДНК. Мутация может быть вредной, полезной или нейтральной. Естественный отбор благоприятствует одним мутациям и отбраковывает другие, таким образом совершенствуются функции белков.

Некодирующая (мусорная, избыточная) ДНК — последовательности ДНК, не кодирующие ни белки, ни РНК.

Окисление — потеря электронов атомом или молекулой.

Окислительно-восстановительная реакция — реакция, в процессе которой одна молекула окисляется за счет другой, которая, соответственно, восстанавливается.

Окислительно-восстановительная сигнализация — изменение активности фактора транскрипции в результате его окисления или восстановления, обычно свободными радикалами. Активный фактор транскрипции контролирует экспрессию генов и, соответственно, образование белков.

Ооцит (яйцеклетка) — женская половая клетка. Ооциты содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические клетки организма.

Органеллы — органы клеток, выполняющие определенные задачи (органеллами являются, например, митохондрии и хлоропласты).

Показатель степени — надстрочный индекс при числе, обозначающий, сколько раз число нужно умножить само на себя. Показатель степени можно представить в виде наклонной прямой на графике с логарифмическим масштабом на обеих осях.

Половое размножение — размножение за счет слияния двух половых клеток (гамет). Каждая гамета содержит случайную выборку половины родительских генов, и эмбрион получает одинаковое число генов от каждого родителя.

Последовательность ДНК — порядок следования нуклеотидов ДНК. Определенные последовательности ДНК могут кодировать порядок следования аминокислот в белке или последовательность связывания факторов транскрипции. Некоторые участки ДНК не кодируют ничего.

Прокариоты — обширная группа одноклеточных организмов, лишенных ядра. К прокариотам относятся бактерии и археи.

Протон — ядро атома водорода, несущее один положительный заряд.

Протон-движущая сила — потенциальная энергия, запасенная в виде протонного градиента. Протон-движущая сила представляет собой сочетание электрической разности потенциалов и разницы pH (концентрации протонов) по разные стороны мембраны.

Протонный градиент — разница концентрации протонов по разные стороны мембраны.

Разобщающий агент (разобщитель) — любое химическое вещество, рассеивающее протонный градиент за счет переноса протонов через мембрану, тем самым разобщая дыхание и образование АТФ.

Разобщающий белок — белковый канал в мембране, обеспечивающий обратный ток протонов и рассеивание протонного градиента в виде тепла.

Разобщение — нарушение связи дыхания с производством АТФ. При разобщении протоны перестают течь через АТФазу с образованием АТФ. Вместо этого они проходят через поры в мембране, и протонный градиент рассеивается в виде тепла. Разобщение дыхательной цепи можно сравнить с ситуацией, когда слетела велосипедная цепь, — велосипедист жмет на педали, но никуда не движется.

Рекомбинация — физическое перераспределение генетического материала, при котором ген из одного источника заменяется эквивалентным геном из другого источника. Рекомбинация происходит при половом размножении и горизонтальном переносе генов, что позволяет исправить поврежденную хромосому за счет ее «сравнения» с исходной копией.

РНК — рибонуклеиновая кислота. Существует несколько форм РНК, в том числе: информационная РНК, которая содержит информацию о последовательности аминокислот в белке и переносит ее из ядра в цитоплазму; рибосомальная РНК, входящая в состав рибосом («фабрик» белка в цитоплазме); и транспортная РНК, выполняющая адаптерные функции в процессе трансляции.

Свободный радикал — атом или молекула с одним непарным электроном. Это состояние нестабильно, поэтому такие атомы или молекулы легко вступают в химические реакции, то есть являются химически реактивными.

Симбиоз — взаимовыгодные отношения между организмами двух разных видов.

Темпы эволюции — скорость, с которой последовательность ДНК меняется за время существования многих поколений. Эта скорость зависит от частоты мутаций и действия естественного отбора, элиминирующего вредные мутации, поэтому темпы эволюции ниже, чем частота мутаций.

Уровень метаболизма — скорость потребления энергии клетками и целыми организмами. Уровень метаболизма оценивается по скорости окисления глюкозы или потребления кислорода.

Утечка протонов — переход закачанных протонов обратно через мембрану, которая почти, но не совсем непроницаема для протонов.

Утечка свободных радикалов — постоянное образование небольшого количества свободных радикалов в дыхательных цепях митохондрий, связанное с непосредственным взаимодействием переносчиков электронов с кислородом.

Фагоцитоз — поглощение клеткой пищевых частиц за счет изменения формы и образования псевдоподий. Фагоцитированные частицы перевариваются в пищеварительной вакуоли.

Фактор транскрипции — белок, связывающийся с ДНК и облегчающий прохождение основных этапов транскрипции — первого шага синтеза белков.

Фермент (энзим) — белковый катализатор, способный увеличивать скорость биохимических реакций на много порядков и обладающий при этом чрезвычайно узкой специфичностью.

Хемиосмос — генерирование протонного градиента через непроницаемую мембрану. Обратный ток протонов через специальные каналы (АТФазные комплексы) служит источником энергии для синтеза АТФ.

Хемиосмотическое сопряжение — сопряжение дыхания с синтезом АТФ за счет трансмембранного протонного градиента. Энергия, высвобождающаяся в процессе окисления, используется для закачивания протонов через мембрану, а поток протонов в обратном направлении через АТФазу дает энергию для синтеза АТФ.

Хлоропласт — фотосинтезирующая органелла клеток растений. Хлоропласты произошли от эндосимбиотических цианобактерий.

Хромосома — длинная молекула ДНК, часто «завернутая» в гистоны. Хромосома может быть кольцевой, как у бактерий и митохондрий, или линейной, как в ядре эукариотических клеток.

Цитозоль — «водянистая» часть цитоплазмы, то есть цитоплазма за вычетом органелл.

Цитоплазма — все, что ограничено мембраной клетки, кроме ядра.

Цитоскелет — сеть белковых волокон в клетке, обеспечивающая структурную поддержку. Цитоскелет динамичен, и благодаря ему многие клетки могут менять форму и двигаться.

Цитохром с — митохондриальный белок, переносящий электроны от комплекса III к комплексу IV дыхательной цепи. Выброс цитохрома из митохондрий является главный фактором инициации апоптоза.

Цитохромоксидаза — функциональное название комплекса IV дыхательной цепи. Этот фермент, состоящий из многих субъединиц, получает электроны от цитохрома с и использует их для восстановления кислорода до воды, что является заключительным шагом клеточного дыхания.

Частота мутаций — число мутаций, происходящих в ДНК за определенный период времени, обычно ограниченный периодом существования нескольких поколений. См. также Темпы эволюции.

Электрон — отрицательно заряженная элементарная частица, вращающаяся вокруг положительно заряженного ядра атома.

Эндосимбиоз — взаимовыгодные отношения, при которых одна клетка живет внутри другой.

Эндосимбионты — клетки, живущие внутри других клеток во взаимовыгодном союзе.

Эукариот — организм, состоящий из одной эукариотической клетки (одноклеточные эукариоты) или многих эукариотических клеток (многоклеточные эукариоты).

Эукариотическая клетка — клетка, имеющая «настоящее» ядро. Считается, что все эукариотические клетки имеют митохондрии или когда-то имели их.

Ядро — сферическая, ограниченная мембраной структура, представляющая собой «пункт управления» эукариотической клеткой. В ядре находятся хромосомы, состоящие из ДНК и белков.

NADH — никотинамидадениндинуклеотид. Эта молекула переносит электроны и протоны, источником которых служит глюкоза, к комплексу I дыхательной цепи.