Михаил Вейсман
Тайная жизнь тела: клетка и ее скрытые возможности
Введение
Вы когда-нибудь наблюдали за стайкой рыбок в аквариуме? Иногда кажется, что они как один организм – одна рыбка вильнет, и вся стайка моментально копирует ее движения… Как это у них получается?
Ученые выяснили, что все чудо заключается в особенностях нервных клеток рыб: помимо обычных органов чувств у них есть еще одна – линия, идущая вдоль всего тела от жабр до хвоста. Считается, что собранные в ней нервные клетки позволяют ощущать вибрацию воды и движения «одностайников». Остальное совершается рефлекторно: спинной мозг рыбки получает сигнал от чувствительной линии и тут же дает команду на повторение движения.
Но если смотреть глубже, то можно понять, что схема не так проста, как это кажется на первый взгляд. Ведь ту же синхронность движений демонстрируют птицы в стае, муравьи в муравейнике и вообще практически все стадные животные. А как объяснить феномен толпы, когда огромная масса людей заражается настроением одного человека и теряет способность к самостоятельному мышлению?
Одна из современных теорий говорит об электрических (а точнее – энергетических) полях, которые могут создавать клетки нашего организма. И это – только одна из тайн, которую нам еще предстоит разгадать.
Вообще, клетка человеческого тела – это настоящий лабиринт, полный секретных комнат и тайных ходов. Каждый год ее исследователи делают новые открытия, и все же большая часть чудесных способностей клетки до сих пор не раскрыта. Чего стоят одни легенды о свойствах стволовых клеток! А генная инженерия? Клонирование? Мутации?
Каждое новое исследование клетки можно читать как захватывающий детектив с примесью фантастики (если, конечно, перевести все термины на человеческий язык). Но главное, это те возможности, которые сулят научные исследования всему миру. Кто знает, может быть, уже через десяток лет мы будем знать секрет вечной молодости или научимся лечить рак, а может быть, разгадаем тайну энергетических потоков и начнем летать как птицы? Кто знает…
Часть I. «Скелет в шкафу», или Что мы знаем о клетке?
Помните известную английскую поговорку – у каждой семьи есть свой скелет в шкафу. Так говорят о чем-то тайном, что рано или поздно становится достоянием гласности. У клетки в этом смысле – сплошные скелеты (уж простите за такой каламбур). Проще говоря, тайного в ее свойствах до сих пор больше, чем явного. Даже видные ученые иногда сравнивают ее с крепостью, в стенах (и за стенами) которой скрывается больше потайных ходов, чем в любом замке Средневековья.
Кстати, сравнение с замком очень помогает рассказать в общих чертах о строении и изученных функциях клетки. На самом деле каждая самая микроскопическая клетка – это целый городок, который живет и развивается по своим законам.
Глава 1. «Крепостная стена» клетки
Как и у любого уважающего себя средневекового города, у клетки есть вал, который окружает крепостную стену. Это – первая линия обороны клетки-городка. Ученые называют ее «оболочкой» клетки. Оболочка предназначена для защиты внутренних структур. При этом она довольно толстая (напоминаю, что речь идет о клетке размером в несколько микрон, и о толщине оболочки можно говорить только относительно других ее составных частей), но не очень прочная. И легко пропускает внутрь клетки все, что туда стремится, а из клетки – все, что стремится наружу.
Другое дело – мембрана. Именно ее можно назвать настоящей крепостной стеной. Как и в настоящей крепости, у нее есть «ворота», «калитки», «потайные ходы», «стража», «ловушки», а также «насосы» и другие нужные вещи. Она ограждает и защищает внутреннее содержимое клетки, не дает «лазутчикам» пробраться внутрь и очень внимательно относится к тому, что выходит из нее в обратном направлении.
Если отвлечься от нашей аллегории и вернуться в мир науки, можно отметить, что мембрана и внутреннее содержимое клетки состоят в основном из одних и тех же атомов. Эти атомы – углерод, кислород, водород и азот. На электронной фотографии тонкого среза клетки мембраны видны в виде двух темных линий. Они не монолитны. По сути мембрана – это очень мелкое молекулярное сито. Точнее – изрезанная извилистыми ходами толстая крепостная стена. На самом деле толстая, потому что диаметр каждого хода раз в десять меньше длины.
Таких ходов в каждой мембране не так уж и много – по сравнению со всей поверхностью клетки отверстия «ходов» занимают всего одну миллионную часть. Надо еще хорошенько потрудиться, чтобы найти вход!
Но еще больше предстоит попотеть, чтобы получить у «стражи» пропуск. Да-да, не удивляйтесь. У каждой клеточной мембраны есть своя стража – рецепторы, которые анализируют все, с чем соприкасается клетка, и выносят свой вердикт. На научном языке эти рецепторы носят название гликопротеины – эта цепочка, состоящая из молекул белка, выглядит как веточка коралла. Такие веточки «ощупывают»
все, что к ним приближается, и решают, пропускать это через мембрану или оттолкнуть.
Рецепторы мембраны играют очень важную роль. Узнавая родственные клетки, они помогают друг другу правильно выстроиться и создать ткань – костную, мышечную, нервную или любую другую. Они также допускают внутрь клетки белки, нуклеиновые кислоты, сахара и другие необходимые для жизнедеятельности клетки-города вещества. А вот «врагов» в виде болезнетворных вирусов они отталкивают – формируется так называемый иммунологический ответ. Правда, если стража обленилась или покинула свой пост (это бывает при снижении иммунитета) – вирусы проникают внутрь клетки и устраивают там погром. Хорошо, если у нас это проявляется только в чихании и заложенном носе, а ведь бывают и более трагические случаи!
Определенные рецепторы помимо прочего еще выполняют функции электрического поля – они переносят электроны и преобразуют энергию. Есть рецепторы, реагирующие на изменение химического состава среды – и сообщающие клетке о том, что такие изменения произошли. Короче говоря, как в любой уважающей себя армии, в мембране клетки содержатся различные рода войск, предназначенные для решения самых разных задач.
Как мы уже поняли, главным свойством крепостной стены-мембраны является избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом.
Существует несколько способов прохождения веществ через мембрану. Один из них можно сравнить с водой в сообщающихся сосудах – если концентрация каких-то веществ вне мембраны выше, то они начинают просачиваться туда, где концентрация ниже. Просачиваются они через те самые ходы-поры, о которых мы говорили чуть выше. Но если речь о жирорастворимых веществах, процесс «доставки» становится сложнее (а попробуйте сами затолкать «толстяка» в узкий и извилистый ход!) – предварительно молекулы расщепляются с участием липидов и только после этого проводятся внутрь. Оба эти процесса называют диффузией.
Но бывает так, что клетке позарез нужны те или иные «продукты», а самостоятельно «заходить» они никак не хотят (то есть их концентрация внутри и так выше, чем снаружи). Тогда включается механизм активного транспорта (или насоса). Его можно рассмотреть на примере обмена натрия на калий. Его так и называют – Na-/K-насос. Суть его заключается в том, что клетка выталкивает ионы натрия, замещая их на ионы калия. Занимаются этим специальные белки-переносчики, которые и образуют так называемые ионные насосы. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация K– и меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На такое замещение расходуется значительная энергия, зато этот механизм позволяет клетке получать различные сахара, нуклеотиды и аминокислоты.
А что делать, если внутрь надо затащить совсем уж крупногабаритные предметы? К таким «роялям» и «шкафам» относятся макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеиновые комплексы и другие нужные вещества. И здесь в нашей крепостной стене начинают происходить настоящие чудеса. Кусок «стены» (мы же помним, что речь идет о клеточной мембране) выпячивается и захватывает нужный кусок внеклеточного материала. Затем он обволакивает его и расщепляет макромолекулы до простейших составляющих. А те уже легко проскакивают через знакомые нам проходы-поры.
Этот процесс называется эндоцитоз. То же самое, но только изнутри – наружу, носит название экзоцитоз. С помощью экзоцитоза мембрана помогает клетке избавиться от внутриклеточных продуктов или непереваренных остатков. Это можно сравнить с работой мусороуборочной машины: «мусор» заключается в своеобразный пузырек (вакуоль) и подводится к стене (мембране). Пузырек сначала прилепляется к внутренней поверхности стены, а затем как бы раскрывается в нее, выдавливая содержимое через ходы наружу. Вот такая чистюля – наша клетка.
