Что из себя представляет клетка?

Что из себя представляет клеткаВ 1665 году англичанин Роберт Гук соорудил прибор, который мы называем микроскопом. Как всякий любопытный человек, а ученые отличаются от простого смертного в числе прочих достоинств и этим качеством, Гук стал рассматривать в микроскоп все, что попадет под руку.

Через два года ему попалась под руку пробка. Он сделал ее тончайший срез и… еще одно открытие. Его взору предстало внутреннее строение пробки, напоминавшее пчелиные соты. Он назвал эти маленькие ячейки «cells», что в русском переводе значит клетки, гнездышки, соты, ячейки, словом, нечто отгороженное, изолированное от остального. Этот термин был принят на вооружение наукой, так как удивительно точно отражал свойства элементарных частиц живого. Впрочем, это стало ясно много позднее. А пока что различные исследователи в разных объектах обнаруживают клетки. Идея об универсальности строения живой материи носится в воздухе.

Биолог за биологом подтверждают: такой-то живой организм состоит из клеток. Сумма наблюдений растет. Еще немного, и количество должно перейти в качество. Однако это «немного» заняло почти 100 лет. Только в 1838—1839 годах ботаник Шлейден и анатом Шванн решаются обобщить: «Все живые организмы состоят из клеток». Чтобы сказать «все», науке понадобилось больше века, но в этом и заключается различие между суммой наблюдений и обобщающей их научной теорией.

И все-таки клеточную теорию еще нельзя было считать созданной. Оставался неясным существенный момент: откуда берутся сами клетки. Биологи не раз наблюдали и даже описывали их деление. Но никому не приходило в голову, что этот процесс и есть рождение новых клеток. Один из современных исследователей справедливо заметил по этому поводу: «Наблюдение редко признают, если оно вынуждает нас делать неразумные выводы, а утверждение, что каждая клетка возникает в результате деления другой, ранее существовавшей, представлялось совершенно неразумным».

Что из себя представляет клеткаСовременная схема строения клетки, основанная на электронно-микроскопических наблюдениях: 1 — ядро; 2 — ядрышко; 3 — ядерная оболочка; 4 — цитоплазма; 5 — центриоли; 6 — эндоплазматическая сеть; 7 — митохондрии; 8 — оболочка клетки.

И все-таки в 1859 году был сформулирован «неразумный» постулат, положивший начало новой клеточной биологии: «Каждая клетка — из клетки».

Микроскоп Роберта Гука увеличивал в 100 раз. Этого было достаточно, чтобы увидеть клетку. Через 300 лет, в 1963 году, электронный микроскоп увеличивает клетку в 100 тысяч раз. Этого уже достаточно, чтобы ее рассмотреть. Разница, как говорят физики, всего на три порядка. Но за ними — сложный и нелегкий путь от биологии описательной к биологии молекулярной, от первого знакомства с клеткой до детального изучения ее структур.

На рисунке — клетка, какой она видна в современный электронный микроскоп. Читателю следует запастись терпением: сейчас последует ее «инвентаризация».

Мы начнем с оболочки. Она — таможня клетки. Оболочка зорко следит за тем, чтобы в клетку не проникли ненужные в данный момент вещества; наоборот, вещества, в которых клетка нуждается, могут рассчитывать на ее максимальное содействие. Примерно в центре клетки расположено ядро. То, в чем оно «плавает», это цитоплазма, иными словами, содержимое клетки. К сожалению, мы мало что можем прибавить к этому далеко не исчерпывающему определению. Мы даже не можем однозначно ответить на самые элементарные вопросы. Жидкая цитоплазма или твердая? И жидкая, и твердая. Движется в ней что-нибудь или все стоит на положенных местах? И стоит, и движется. Прозрачная ли она или непрозрачная? И да, и нет. Какую часть клетки она занимает? От одного процента до девяносто девяти. Все ясно, неправда ли?

Тем не менее ответы правильны. Просто цитоплазма необычайно изменчива, она реагирует на малейшие изменения в окружающей обстановке. Уколите иголкой амебу, состоящую из одной клетки, и вы увидите (разумеется, под микроскопом) массу изменений. Изменятся движения цитоплазмы, ее прозрачность, вязкость, изменится форма клетки. Словом, воздействуйте любым способом на цитоплазму, и вы увидите: она как-нибудь обязательно отреагирует.

В цитоплазме растворено огромное количество различны? химических веществ. В ней многие из них заканчивают свой путь, а начинают они его нередко за нашим столом. Мы солим суп, — из него поваренная соль попадает в клетку. Мы кладем в чай сахар, — он тоже доходит до цитоплазмы, правда, по дороге распадается пополам на глюкозу и фруктозу. Мы едим фрукты и овощи, — витамины из них перекочевывают в цитоплазму. Наконец, в клетке всегда имеется большой набор всевозможных белков. Все эти вещества не стоят без дела, они работают на клетку, в них она черпает свои силы, свое будущее.

Однако самое удивительное не то, что эти молекулы сошлись в одном и том же месте, а то, что они, пусть незначительное время, но сосуществуют друг с другом. В колбе химика многие из этих соединений и мгновения не смогли бы провести вместе — они тут же вступили бы в реакцию. Но клетка— мудрый политик, ей нужно сохранить для своих собственных целей индивидуальность каждой молекулы, и она принимает все меры предосторожности.

Что из себя представляет клеткаС этой целью она изолирует некоторые, наиболее агрессивные молекулы от их возможных жертв — разводит молекулы по разным «углам» клетки — или, в крайнем случае, смиряет их химический пыл. Делается это с точки зрения природы весьма остроумно и просто (если попытаться осуществить этот же прием в химической лабораторий, наверное, никто не решился бы назвать его простым). Что бы сделал каждый из нас, если бы ему нужно было в одной комнате поместить кошку с собакой? Разумеется, надел бы на собаку намордник. Ну вот, иногда то же самое делает и клетка — она «надевает» на ферменты — вещества, заправляющие всеми реакциями в клетке, «смирительные» молекулы, закрывающие активные участки ферментов.

Итак, цитоплазма это место действия многих химических реакций, проходящих в клетке, по существу это арена ее жизнедеятельности.

Но эта арена — не пустое место; жизненное пространство клетки поделено между ее органами, или, как говорят биологи, органеллами, что значит мельчайшими органами. Они поделили между собой не только территорию цитоплазмы, они четко разделили и сферы влияния.

Органелла № 1 — митохондрия, внешне похожа на плавающую баржу. Если митохондрию рассечь, ее внутреннее строение напомнит узкую прибрежную полосу песчаного пляжа, па котором волны намыли причудливой формы складки. Такие разной толщины складки (в митохондрии они называются гребнями) пересекают все внутреннее пространство митохондрии. Митохондрии — силовые станции клетки. В них накапливается энергия, которая потом, по мере надобности, будет расходоваться на нужды организма. Эти приходно-расходные операции проводит «главный энергетик» клетки — аденозинтрифосфорная кислота, сокращенно АТФ. Причем интересно, что и человек и бактерии хранят запасы энергии в одной и той же молекуле — в АТФ. Когда возникает потребность в энергии — у человека, скажем, на мускульную работу, у мимозы — на скручивание листьев, у светлячков — на свечение, у ската — на образование электрического заряда, — в митохондрию поступают заявки, и бережливые диспетчеры — специальные ферменты отщепляют от большой молекулы АТФ один или два кусочка — группу атомов, содержащую фосфор. В момент отщепления и выделяется энергия.

На электронно-микроскопических фотографиях клеток, сделанных несколько лет назад, хорошо видна сеть, протянувшаяся от ядра к оболочке, — целое скопище трубочек, жгутиков, мембран, канальцев. Еще 30 лет назад, когда знакомство с клеткой могло состояться только при посредничестве светового микроскопа, сети толком никто не видел. Тем не менее ученые чувствовали, что здесь «что-то» есть, и настойчиво рисовали в клетке какие-то ячейки. Электронный микроскоп увидел то, что ученые предчувствовали: это действительно оказалась сеть, и ее назвали эндоплазматической, т.е. внутриплазменной.

Эта сеть плотно окружает ядро, митохондрии и пока еще незнакомые нам органеллы — рибосомы. Рибосомы — это клеточные фабрики белка. Их продукцией снабжается все живое. Учитывая стратегическую важность этих объектов, природа позаботилась, чтобы работа там была налажена бесперебойно. Производительность фабрики белков огромна: за час работы каждая рибосома синтезирует белка больше, чем весит она сама.

Что из себя представляет клеткаНо, как и каждое предприятие, рибосомы работают, подчиняясь строгому, неумолимому руководству. Приказы приходят из ядра, от главного диспетчера белкового синтеза — хромосомы.

Хромосомы имеются в ядрах всего живого: бактерий, растений, животных. Хромосомы человека выглядят по-другому, чем, скажем, мотылька, но везде они несут одну и ту же службу: управляют синтезом белка. Именно в хромосомах находятся молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК. В них, как в поваренной книге, записаны рецепты приготовления огромного множества белков, идущих на нужды самой клетки и на «экспорт». Нормальная работа организма зиждется на строгой специфичности десятков тысяч белков. Чтобы сохранить свое лицо в этой сутолоке, нужно хорошо помнить собственное строение. Сами белки его не помнят; это делает за них клетка с помощью ДНК. Одна ее молекула хранит в себе строение десятков белков. Каждой хромосоме отпущено строго определенное для данного организма количество ДНК. Упакована ДНК в хромосоме очень плотно: длина хромосомы измеряется тысячными долями миллиметра, а длина размещенных в ней молекул ДНК — метрами.

Сейчас, когда мы рассматриваем покоящуюся, неделящуюcя клетку, хромосомы видны очень плохо: они работают, и для этого им приходится максимально увеличивать свою поверхность — они вытягиваются и поэтому сужаются.

Впрочем, это время длится не так уж долго (для нас) — всего 10—20 часов. После периода интенсивной работы клетка начинает готовиться к делению; готовятся к нему и хромосомы: они скручиваются, утолщаются и выстраиваются все в одной плоскости, — в этот момент их легко рассмотреть. К тому времени, когда читатель подойдет к описанию деления клетки, хромосомы будут хорошо видны, и мы, воспользовавшись этим, расскажем о них более подробно.

На этом стоит закончить наш экскурс в клеточные недра. Но это вовсе не значит, что мы исчерпали клетку; вне нашего внимания остались многие ее детали. Но мы выбрали главное, то, без чего трудно будет продолжать путь к нашей конечной цели. И, передвигаясь к ней еще на одну ступень, нам из этой главы надо унести четкое представление о трех структурах клетки — о силовой станции, о фабрике белка и о хромосоме. Если читатель получил его, он получил пропуск в следующую главу.

Азерников В.З. — Разгаданный код

Степан Петрович Крашенинников Прочность Земли

Рецепты

Новые рецепты

Публикации

Новое на сайте

Новые вопросы
Новые сообщения