Ядро и клетка

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

Наверное, каждый, хотя бы понаслышке знакомый с биологией, слышал, что все живые организмы состоят из клеток. Но вот каждый ли представляет себе, какое содержание вкладывает современная наука в это понятие?

Сам термин возник исторически. Но та клетки, которую мы сейчас видим под микроскопом, о строении которой все больше и больше пишут в научных журналах и раскрытию тайн которой пророчат славу нашему веку, — эта клетка обычно не имеет ничего общего с описанными ровно 400 лет назад Робертом Гуком клеточками, составными частями пробки. Когда слово «клетка» произносят в наше время, то под ним подразумевают основную единицу — как бы кирпич, из которых построены все живые организмы.

Клетки отличаются друг от друга по величине, (например, в организме человека, кроме клеток размером в несколько микрон, есть клетки с отростками длиной до метра) и по форме: есть клетки в виде шара, призмы, длинных тонких перетен. Все это разделяет клетки. Различаются они и по функциям — то есть по назначению своей деятельности. Нервная клетка приспособлена к проведению нервного импульса, мышечная — к сокращению, красная кровяная клетка — эритроцит — к переносу кислорода.

Но любой цитолог (биолог — специалист по исследованию клетки) безошибочно узнает клетку под микроскопом: ведь есть много признаков, которые не разделяют, а объединяют все клетки.

Эти признаки характерны для клетки вообще. Вот о такой «средней клетке» и пойдет сегодня речь. Что же самое главное в живой клетке?

Прежде всего — обмен веществ. Клетка усваивает вещества, поступающие извне, перерабатывает их для своих нужд, выделяет в окружающую среду ненужное. Другая важная черта — способность клетки производить себе подобные. Это ее свойство обычно называют «наследственностью». И еще: в клетке есть некоторые вещества, которые сейчас не встречаются вне живой природы. Это очень сложно построенные молекулы нуклеиновых кислот и белков.

Все эти черты клетки были известны давно. Но понадобились труды, по крайней мере, трех поколений исследователей, которые привлекли себе в помощь и относительно близкие научные дисциплины (органическую химию, химию изотопов) и такие казалось бы далекие, как оптика, спектроскопия, математический анализ, радиоэлектроника, атомная физика, чтобы стало ясно, как устроены и как действуют различные части клетки. Каждая клетка, прежде всего, делится на две части: ядро и цитоплазму — тело клетки, обволакивающее ядро. Ядро и цитоплазма работают в тесном контакте друг с другом и друг без друга не могут существовать, однако устроены они не одинаково и задачи у них тоже различны.

Начнем с цитоплазмы. Вся цитоплазма пронизана огромным количеством мембран. На поперечном срезе они выглядят как пластины, пузырьки и канальцы. Это — эндоплазматическая сеть, составляющая скелет клетки. Снаружи эндоплазматическая сеть образует внешнюю мембрану, как бы одевающую клетку. Внутри она переходит в ядерную оболочку, отделяющую ядро от цитоплазмы. Толщина одиночной клеточной мембраны ничтожно мала. Даже в самые совершенные световые микроскопы она казалась тонкой темной линией, а во многих случаях ее не видели вообще. Электронные микроскопы изменили дело: они показали, что мембрана очень сложна и состоит из нескольких слоев. Загадочный аппарат Гольджи, над объяснением которого ученые ломают голову уже не одно десятилетие, — это, вероятно, тот аппарат, где изготовляются внутренние мембраны клетки. Такое предположение было высказано в самое последнее время.

Пространство между мембранами заполнено жидкостью, содержащей обломки питательных веществ, аминокислоты, гранулы жира. В этом соке перемещаются сложные органические молекулы, доставляя из одной части клетки в другую энергию, строительные материалы, приказы на синтез белка.

Возле ядра — крошечные структуры: центросомы. Они — часть того аппарата, при помощи которого клетка делится надвое.

Для жизни клетке необходима энергия. Ее приносят в клетку некоторые соединения, в частности, глюкоза. В специальных структурах, находящихся в цитоплазме, — в митохондриях — энергия, заключенная в химических связях этих соединений, извлекается и преобразуется так, чтобы клетке было удобно ее использовать. Словно вскрывая консервную банку и используя ее содержимое, митохондрии в своих многочисленных пластинках перестраивают химические связи и собирают высвободившуюся при этом энергию.

Чтобы питательные вещества, проникшие в клетку, могли быть ею использованы, они должны быть расщеплены на составные части. Это происходит преимущественно в лизосомах — особых тельцах, которые напоминают митохондрии, но устроены гораздо проще их. Лизосомы — это крошечные «желудки», заготовительные цехи клетки. Разрушение питательных веществ — один этап обмена веществ. Другой, очень важный — синтез, построение в клетке длинных и сложных белковых молекул.

Вся цитоплазма клетки усеяна мельчайшими тельцами — рибосомами, которые уже получили и в научной, и в популярной литературе твердое название «фабрик белка». Сами рибосомы состоят тоже из белка и еще из одного сложного химического соединения — рибонуклеиновой кислоты (РНК). Рибонуклеиновой кислоты в клетке имеется несколько видов: один из них входит в состав рибосом, другие подтаскивают к рибосомам аминокислоты — блоки, из которых строятся белки, переносят на рибосомы из ядра конкретные планы строительства отдельных белковых молекул. Словом, на плечах этого неутомимого труженика держится все здание белковых синтезов в клетке.

Количество РНК в клетке велико. Цитоплазма светится красным именно из-за содержащейся в ней РНК. А ядру зеленый цвет придает содержащаяся в ней ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота — вещество еще более сложного химического строения, чем РНК). Это в ее структурах записана та информация о синтезе белков, которую считывает РНК и затем переносит на рибосомы.

В ядре есть также и белки, и РНК. Это — ядрышко, крохотное тельце, заключенное внутрь большого ядра. В нем происходит накопление, а по мнению некоторых ученых, и синтез того вида РНК, который затем перемещается в цитоплазму и входит в состав рибосом. За счет этой РНК ядрышко и окрашено в красный цвет.

Однако ДНК — все же самая важная часть ядра. Потому что информация, записанная на нитях ДНК, — это как бы мозг, командный пункт клетки. Сравните, насколько цитоплазма превосходит ядро: как рабочая часть управляющую. Конечно, разделение труда не проводится в клетке так строго, но оно без сомнения есть. Информация, передающаяся из поколения в поколение и определяющая все черты новой клетки, хранится в ДНК, значит — в ядре, а обмен веществ, выработка энергии, синтез новых белковых молекул производится преимущественно в цитоплазме.

ДНК можно было бы сравнить с архитектором, планирующим новое здание, а РНК — с инженером-строителем, который возводит это здание в соответствии с замыслами архитектора.

Клетка — это как бы рубеж между двумя мирами. Вверх от нее: все крупнее и крупнее — группы, объединения, пласты из тысяч клеток, отдельные органы, наконец, весь организм.
А вниз — микромир жизни: крупные части клетки, мельчайшие ее структуры, гигантские молекулы, группы атомов… Поиск уводит исследователей далеко вглубь живой материи.

Автор: А. Зеленин.