На сегодняшний день на Земле существует 4 основных образца живых существ и одним из наиболее простых из них являются прокариоты. К числу прокариот относятся две большие группы бактерии и археи. Данные существа представляют собой объекты микроскопических размеров. Внешне они имеют вид шариков, прямых, изогнутых или спиралевидных палочек, а также многие другие формы длиной от 1 тысячной до 1 сотой миллиметра. Некоторые археи имеют необычную прямоугольную или квадратную формы.
В данное время существует огромное количество подобных объектов разнообразных видов. Несмотря на свои микроскопические размеры, все они имеют множество разнообразных особенностей, обусловленных наличием в них невероятных по уникальности и сложности своей конструкции устройств и способностей.
Одной из главных их особенностей является умение осуществлять разнообразные химические реакции. Эта способность имеет для них жизненноважное значение, так как обеспечивает осуществление почти всех, идущих в них, процессов. Например, такой процесс как питание, который представляет собой усвоение веществ, необходимых для восполнения запаса энергии, реализации процессов роста и поддержания нормального течения многих других процессов, обусловлен именно этой способностью.
Способность осуществлять химические реакции имеется у прокариот благодаря тому, что в составе их организмов, в качестве составных элементов, присутствуют сконструированные особым образом белковые молекулы, выполняющие роль катализаторов, то есть элементы способные ускорять те или иные химические реакции, но не расходующиеся в процессе реакции. Называются такие белковые конструкции ферментами.
Ферменты ускоряют реакции, идущие в клетках, в десятки и сотни миллионов раз. Например, период полуреакции декарбоксилирования оротовой кислоты составляет 78 миллионов лет, в клетке с участием нужного фермента это происходит за, невероятные, 18 миллисекунд.
Скорость любой химической реакции зависит от свойств реагирующих веществ, от их концентрации, а также от температуры, при которой идет реакция. По идее реакции в живом организме должны были бы протекать очень медленно. Так как химическая активность веществ в нем невелика, концентрация их большей частью незначительная и температура клеточной среды невысока. Но благодаря ферментам реакции в живых организмах идут с большими скоростями.
Также для ферментов характерна высокая специфичность действия. Каждый из них был наделен свойствами конкретного катализатора, в связи с чем отвечает, как правило, только за одну реакцию. Например, фермент лактаза гидролизует только лактозу, и не действует даже на родственные углеводы. То есть, каждый фермент выполняет строго определенную функцию, которую не может выполнить за него другой фермент. Осуществляется это благодаря тому, что геометрическая структура каждого белка-фермента имеет активный центр, который совпадает со структурой субстрата молекулы вещества, с которым он должен вступать во взаимодействие. То есть, молекула белка-фермента и молекула вещества, которого он катализирует, имеют такую конструкцию, что подходят друг к другу, как ключ к замку.
Кроме того, благодаря тому, что ферменты в прокариотах имеют высокую каталитическую активность, небольшое количество фермента обеспечивает преобразование большого количества вещества, на которое он воздействует, сам оставаясь при этом в свободном состоянии. Например, одна единица такого фермента, как химозин может свернуть 12 миллионов единиц молока.
Каждый фермент в прокариотах по сути представляет собой высокотехнологичное устройство, специализированное под выполнение определенных задач. И в силу того, что в составе представителей любого вида прокариот находятся сотни различных белков-ферментов, в них может осуществляться огромное количество различных реакций, большая часть из которых может идти одновременно.
Большое количество ферментов в этих микроскопических организмах, для их правильной работы распределены в них строго упорядоченным образом. Одни из них функционируют только внутри клетки, они катализируют реакции энергетического обмена и способствуют синтезу определенных веществ в ней, другие выделяются в окружающую среду для расщепления сложных веществ на простые, что играет немаловажную роль, например, в том же питании.
Следующей необыкновенной особенностью, свойственной прокариотам, является способность к передвижению в жидкой среде или по твердой поверхности. Данной особенностью были наделены многие виды бактерий. Перемещения таких организмов осуществляются благодаря специальному устройству для передвижений, называемое жгутик.
Жгутик бактерий представляет собой сложное устройство, в конструкцию которого входит более 50 составных частей, состоящих в общей сложности из примерно 240 различных белков и выполняющих строго определенные функции.
Одной из составных частей жгутика бактерий является филамент. Филаментом называется длинная хлыстообразная нить, торчащая из клетки наподобие хвоста. Толщина филамента составляет 10-20 миллионных долей миллиметра, длина примерно от 3 до 15 мкм. Состоит он из молекул белка флагеллина, которые уложены по спирали особым образом. Внутри также предусмотрен центральный полый канал, который используется при росте жгутика.
Передвижение бактерии происходит в следствие волнообразных движений филамента. При этом сам филамент приводится в движение особым молекулярным двигателем, также являющимся составной частью жгутика.