Сложная жизнь простой клетки

Начало новой жизни дает одна-единственная оплодотворенная яйцеклетка, из нее образуется все великое множество клеток организма человека. Сколько их? По некоторым подсчетам, около 100 триллионов, но точной цифры, думается, не сможет назвать никто.

Клетки рождаются и умирают. Век, например, нервных и мышечных равен веку человека, эритроцитов и некоторых других форменных элементов крови—до ста дней, а эпителиальные клетки кишечника и кожи живут всего несколько дней.

Каждая из этих не видимых простым глазом структур, из которых, как из кирпичиков, построен многоклеточный организм, в свою очередь, представляет собой необычайно сложный организм.

Взгляните на цветную вкладку, и вы увидите, что клетка имеет оболочку, цитоплазму, ядро. В цитоплазме «плавают» клеточные органеллы: митохондрии — энергетические станции клетки; лизосомы — структуры, ответственные за утилизацию липидов, белков, полисахаридов; пластинчатый комплекс, или аппарат Гольджи, участвующий в «упаковке» и выведении внутриклеточного секрета за пределы клетки, и другие структуры.

Хотя схема довольно подробно отображает строение клетки, она все же не вполне соответствует действительности, ибо не передает главного свойства живой клетки — движения. Это движение можно наблюдать с помощью киномикросъемок. Порой подвижность клетки производит впечатление бурного кипения. Движется, резко меняя скорость, иногда приостанавливаясь, цитоплазма. Пульсирует, то сжимаясь, то расширяясь, и вращается ядро. Впячивается, захватывая питательные вещества, воду, и выпячивается, выделяя отработанные вещества, наружная клеточная мембрана. Движение отражает жизнедеятельность клетки, непрерывно совершающиеся в ней процессы. Клетку можно сравнить с автоматизированной химической фабрикой, в различных цехах которой вырабатывается разнообразная продукция. Перечень химических соединений, работающих в клетке, составил бы десятки тысяч наименований. Одни вещества создаются, другие распадаются. Например, аминокислоты используются на постройку крупных белковых молекул. В свою очередь, при распаде белка образуются аминокислоты, которые подвергаются вторичной утилизации ит.д.

^{Схематическое изображение клетки на ультраструктурном уровне; 1 —оболочка клетки; 2—цитоплазма; 3 — ядро; 4 — оболочка ядра; 5 — ядрышко; 6 — митохондрии; 7 — пластинчатый комплекс; 8 — лизосомы; 9 — везикулы, или пузырьки, обеспечивающие обмен между клеткой и окружающей ее средой; другие структуры.}

Экспериментатору, который захочет искусственно синтезировать простейший белок, придется преодолеть немалые трудности, учесть множество факторов, чтобы создать условия для синтеза. А клетка создает их ежеминутно, экономно используя энергетические ресурсы, строго и безошибочно координируя сотни химических реакций. В случае необходимости клетка способна поразительно гибко приспосабливаться — адаптироваться к различным обстоятельствам, изменяя характер и ход внутриклеточных процессов.

В процессах адаптации принимают активное участие специальные молекулярные структуры мембран — рецепторы, воспринимающие раздражения из окружающей клетку среды.

Клеточные рецепторы — это белки, выступающие на поверхности клеточной мембраны и обладающие свойством перемещаться вдоль нее. Степень их подвижности зависит от молекулярного строения рецептора, типа клетки и стадии ее жизненного цикла. Так, рецепторы свободно перемещающихся клеток, скажем, лимфоцитов, обладают высокой подвижностью вдоль мембраны, а рецепторы, например, эпителиальных клеток, подвижны куда меньше. Иными словами, это свойство определяется прежде всего спецификой функции каждой клетки.

Способ передачи информации от рецептора к органеллам клетки еще не уточнен, но результат уже известен. Суть его в том, что в клетке усиливаются все обменные процессы; активизируется синтез белков, повышается проницаемость для питательных веществ и продуктов метаболизма, активизируется секреция и другие функции.

Сегодня выявлены специфические рецепторы даже у отдельных клеточных органелл, например, у митохондрий, однако пока о них известно лишь то, что они существуют.

Открытая более 300 лет назад, клетка не перестает поражать ученых.

^{Клетки организма человека: I — эпителиальная клетка, 2 — эритроцит, 3 — лимфоцит, 4 — нейтрофил, 5 — эозинофил, 6 — фибробласт, 7 — макрофаг, 8 — коллагеновые волокна, 9 — остеоцит (клетка костной ткани), 10 — клетка гладкой мышцы, II — клетка поперечнополосатой мышцы, 12 — нервная клетка.}

Ныне расшифровкой ее тайн занимаются морфологи, биологи, генетики, иммунологи, физики, химики, кибернетики... Пожалуй, всех «заинтересованных лиц» и не перечислишь. И уже одно это не говорит ли о том, сколь важно все, что связано с клеткой!

Клетка — это ступень познания процессов, протекающих в организме. Разумеется, функция многоклеточного организма неизмеримо сложнее, чем жизнь отдельной клетки. И все же именно из работы отдельных клеток складывается, к примеру, удивительная по сложности деятельность центральной нервной системы; колоссальную работу осуществляют клеточные ансамбли, составляющие сердечную мышцу, и т. д.

От состояния клеток в конечном счете зависит здоровье человека, поэтому большинство заболеваний можно рассматривать как болезни клеток.

С поломками внутриклеточного механизма связаны, например, пороки развития. Когда приходится наблюдать деление клетки, всегда восхищает точность, четкость смены картин так называемого митоза — расхождения и расстановки хромосом, носителей наследственной информации. Но иногда отлаженный механизм деления и расхождения хромосом не срабатывает, и если эти нарушения произошли в половых клетках, возникают пороки развития разной тяжести. Какие силы управляют процессом митоза, до настоящего времени не вполне ясно. В этом направлении ведется большая исследовательская работа, от успеха которой зависят профилактика и лечение врожденных уродств.

В основе так называемой панкреатической холеры лежит неудержимый рост эндокринных клеток тонкой кишки. Они выделяют большое количество гормонов — секретина, энтерогастрона, вследствие чего в тонкой кишке усиливается выделение жидкости и возникает неудержимый понос.

Если клетки сосудов теряют способность разрушать и выталкивать холестерин, возникает угроза сердечнососудистых заболеваний, прежде всего атеросклероза.

Изменение структуры дыхательного пигмента гемоглобина, содержащегося в клетках красной крови — эритроцитах, влечет за собой снижение его способности связывать и переносить кислород к тканям и органам. Следствие — кислородное голодание, которое проявляется и отставанием в росте, и синюшностью кожных покровов, и снижением мышечной активности, и сердечной недостаточностью.

^{Жизненный цикл клетки (деление, подготовка к воспроизведению, рост и т. д.) обозначен одинарными стрелками. Когда клетка утрачивает способность к делению, она стареет и гибнет (двойные стрелки). Преждевременная гибель клетки может наступить в любой стадии (пунктирные стрелки) при действии на нее вредных агентов.}

Если лизосомы (носители огромного количества разнообразных ферментов) клеток мозга не содержат фермента, переваривающего жир, то он накапливается в лизосомах, и развивается так называемая болезнь Тея-Сакса, приводящая к слабоумию и параличам.

С нарушениями внутриклеточных процессов связана и такая актуальнейшая проблема современной медицины, как онкологические заболевания. Раковая клетка — это клетка, органеллы которой в силу тех или иных причин изменили свои функции, это клетка переродившаяся,, «обезумевшая». В таких клетках обмен совершается бесконтрольно и, что самое главное, нарушается их генетически запрограммированное упорядоченное деление; они начинают делиться безудержно, разрастаясь в опухоль.

Наконец, с клеткой связана разработка методов ранней диагностики различных заболеваний, а также поиски новых лекарственных средств...

Думается, уже из приведенных примеров очевидно, что детальное исследование клетки, ее функций позволяет решать задачи, от которых зависит дальнейшее развитие современной медицины. И науки и практики.

В. А. Шахламов

Похожие публикации

Лапароскопия: все, что нужно знать

Средства, угнетающие аппетит

Отравления