Наследственный мозг клетки
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Клетке суждена жизнь иная, чем большим многоклеточным организмам. Клетка многолика. Например, жизненный путь клеток в культуре ткани и многих клеток в организме усеян превращениями: через довольно короткие промежутки времени они делятся пополам. Возникают клетки-двойняшки, которым предстоит вскоре удваиваться снова. Словом — бой, вечный бой, покой ей только снится!
Порой клетку сравнивают с заводом. Но тогда это очень странный, очень причудливый завод. Посудите сами. Вот «трудовое» время клетки: она бурно растет, расщепляя одни вещества и созидая другие, запасая энергию, внося свой вклад в общее дело всего организма. Но подспудно она уже начала подготовку к делению. Проходит немного времени, и перетяжка кольцом охватит клетку посредине… Так вот, клетка — завод, который непрерывно перерабатывает сырье, выпускает готовую продукцию, а попутно перестраивается сам, чтобы затем молниеносно — в два счета — распасться на два новых производства.
Но и это еще не самое странное и чудесное. Дочери-двойняшки разделившейся клетки похожи друг на друга, как монеты, выбитые одним штампом.
Откуда же возникает такая точность? Ее обеспечивают хромосомы, расположенные в ядре. Ядро — наследственный мозг клетки. Здесь хранится наследственная информация. Отсюда направляются и регулируются различные процессы, происходящие в цитоплазме.
Когда перестраивается работа завода, самые большие изменения происходят в цехах: старые станки заменяются новыми, создаются новые участки, прокладываются новые транспортные линии. Заводоуправление же остается таким, как было. А в клетке все наоборот. Цитоплазма — тело клетки, где собраны ее рабочие агрегаты, — делится пополам. Зато в ее ядре происходят чудесные превращения.
В гибкости, в переменчивости ядра есть большой биологический смысл. Именно эта гибкость позволяет решать такие противоречивые задачи, которые, казалось бы, могут только исключать друг друга.
Первая — сохранять наследственное вещество в неприкосновенности. Вторая задача — напротив, удваивать наследственное вещество и делить его между клетками-потомками. Третья — используя информацию, зашифрованную в наследственном веществе, руководить жизнью клетки. Значит, все сразу — и отрешенность от мира, и тесная связь с ним.
Как же справляется клетка с этой головоломкой? Она поступает умно: она разделяет свои трудности во времени — сперва одно, потом другое. Первый этап — «трудовое» время, когда ядро активно общается с миром. В такой момент ядро хорошо видно даже в обычный световой микроскоп — это большой темный овал посредине клетки. Оно заполнено хроматиновыми нитями и ядерным соком. Герой нашего времени — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) вместе с молекулами белка образуют эти хроматиновые нити.
А хроматиновые нити — то, из чего сплетаются хромосомы. Однако сейчас плотных четких телец хромосом — как их обычно себе представляют — в ядре нет. Все оно словно распущенным вязаньем забито петлями хроматиновых нитей. С молекул ДНК в этих нитях и считывается наследственная информация. И понятно: чем больше они распущены, тем больше их рабочая поверхность — тем энергичнее может работать клетка. Так решается одна задача.
Но в таком состоянии ядро работает не только на потребу цитоплазмы, оно трудится и для себя: исподволь каждая хроматиновая нить выстраивает вдоль себя свою копию, своего двойника. Когда все эти двойники выстроены, выполнена и другая задача — клетка готова передать своим потомкам одинаковую порцию наследственного вещества.
А затем наступает этап деления. Хромосомы, подобно раку-отшельнику, уходят в свою раковину. Хроматиновые нити собираются пучками, сплетаются спиралями — тут вот и образуются плотно упакованные тельца хромосом. Теперь они неактивны, связь с миром нарушена. И каждая хромосома дважды повторена в ядре — для двух будущих двойняшек. Потом оболочка ядра растворяется, а его содержимое вываливается в цитоплазму, где ему предстоит вскоре растянуться надвое: клетка начнет делиться. Это — решение последней задачи.
И еще — две интересные и нерешенные проблемы, связанные с клеточным ядром. Когда клетка работает, в ядре есть одно или несколько ядрышек. Многие исследователи считают, что они — фабрики фабрик белка.
Вспомните, как клетка строит для себя молекулы белка, без которых она не может ни жить, ни расти. Сперва с хромосом считывается инструкция. Затем из ядра эта инструкция передается в цитоплазму — на рибосомы. Рибосомы — это и есть фабрики белка: именно здесь из простых блоков складываются сложные конструкции белковых молекул. Так вот, если хромосомы дают задание на синтез белка, то, возможно, ядрышки делают рибосомы — фабрики для его изготовления.
Вот еще одна увлекательная задача. Содержимое ядра отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой. На фотографиях, сделанных с большим увеличением, она видна как два темных слоя, разделенных светлым веществом.
Когда клетка активно работает, оболочка становится своеобразным диспетчером, который контролирует передвижение веществ из ядра в цитоплазму и обратно. Контрольно- пропускными пунктами, вероятно, являются ядерные поры.
Эти поры — многочисленные отверстия довольно большого диаметра: до 1000 ангстремов (десятитысячная доля миллиметра). Каждое такое отверстие окружено восьмью пузырьками. Но больше нам об этом устройстве пока ничего не известно. Неизвестно и то, как они работают.
Так или иначе, в живой клетке поры ядерной оболочки играют роль ворот, пропускающих определенные вещества. Кто и как открывает эти ворота, пока неясно.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.