Спадковий мозок клітини
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Клітині судилося життя інше, ніж великим багатоклітинним організмам. Клітина багатолика. Наприклад, життєвий шлях клітин у культурі тканини і багатьох клітин в організмі усіяний перетвореннями: через досить короткі проміжки часу вони діляться навпіл. Виникають клітини-двійнята, яким належить незабаром подвоюватися знову. Словом — бій, вічний бій, спокій їй тільки сниться!
Деколи клітину порівнюють з заводом. Але тоді це дуже дивний, дуже химерний завод. Посудіть самі. Ось «трудовий» час клітини: вона бурхливо росте, розщеплюючи одні речовини і творячи інші, запасаючи енергію, вносячи свій внесок у загальну справу всього організму. Але підспудно вона вже почала підготовку до поділу. Проходить трохи часу, і перетяжка охопить кільцем клітину посередині… Так от, клітина — завод, який безперервно переробляє сировину, випускає готову продукцію, а попутно перебудовується сама, щоб потім блискавично — в два рахунки — розпастися на два нових виробництва.
Але і це ще не саме дивне і чарівне. Доньки-двійнята розділеної клітини схожі один на одного, як монети, вибиті одним штампом.
Звідки ж виникає така точність? Її забезпечують хромосоми, розташовані в ядрі. Ядро — спадковий мозок клітини. Тут зберігається спадкова інформація. Звідси спрямовуються і регулюються різні процеси, що відбуваються в цитоплазмі.
Коли перебудовується робота заводу, найбільші зміни відбуваються в цехах: старі верстати замінюються новими, створюються нові ділянки, прокладаються нові транспортні лінії. Заводоуправління ж залишається таким, як було. А в клітині все навпаки. Цитоплазма тіло клітини, де зібрані її робочі агрегати, — ділиться навпіл. Зате в її ядрі відбуваються дивовижні перетворення.
В гнучкості, в мінливості ядра є великий біологічний сенс. Саме ця гнучкість дозволяє вирішувати такі суперечливі завдання, які, здавалося б, можуть тільки виключати одне одного.
Перше — зберігати спадкову речовину в недоторканності. Друге завданя — навпаки, подвоювати спадкову речовину і ділити її між клітинами-нащадками. Третє — використовуючи інформацію, зашифровану у спадковій речовині, керувати життям клітини. Значить, все відразу — і відчуженість від світу, і тісний зв’язок з ним.
Як же справляється клітина з цією головоломкою? Вона чинить розумно: вона розділяє свої труднощі у часі — спочатку одне, потім інше. Перший етап — «трудовий» час, коли ядро активно спілкується зі світом. В такий момент ядро добре видно навіть в звичайний світловий мікроскоп — це великий темний овал посередині клітини. Воно заповнене хроматиновими нитками і ядерним соком. Герой нашого часу — дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) разом з молекулами білка утворюють ці хроматинові нитки.
А хроматинові нитки — те, з чого сплітаються хромосоми. Однак зараз щільних чітких тілець хромосом — як їх зазвичай собі уявляють — в ядрі немає. Все воно забито петлями хроматинових ниток. З молекул ДНК в цих нитках і зчитується спадкова інформація. І зрозуміло: чим більше вони розпущені, тим більше їх робоча поверхня — тим енергійніше може працювати клітина. Так вирішується одне завдання.
Але в такому стані ядро працює не тільки на потребу цитоплазми, воно працює і для себе: поволі кожна хроматинова нитка вибудовує вздовж себе свою копію, свого двійника. Коли всі ці двійники вибудувані, виконана й інша задача — клітина готова передати своїм нащадкам однакову порцію спадкової речовини.
А потім настає етап ділення. Хромосоми, подібно раку-самітнику, йдуть в свою раковину. Хроматинові нитки збираються пучками, сплітаються спіралями — тут ось і утворюються щільно упаковані тільця хромосом. Тепер вони неактивні, зв’язок зі світом порушений. І кожна хромосома двічі повторена в ядрі — для двох майбутніх двійнят. Потім розчиняється оболонка ядра, а його вміст вивалюється в цитоплазму, де йому належить незабаром розтягнутися надвоє: клітина почне ділитися. Це — рішення останньої задачі.
І ще — дві цікаві і невирішені проблеми, пов’язані з клітинним ядром. Коли клітина працює, в ядрі є одне або кілька ядерець. Багато дослідників вважають, що вони — фабрики фабрик білка.
Згадайте, як клітина будує для себе молекули білка, без яких вона не може ні жити, ні зростати. Спершу з хромосом зчитується інструкція. Потім з ядра ця інструкція передається в цитоплазму — на рибосоми. Рибосоми — це і є фабрики білка: саме тут з простих блоків складаються складні конструкції білкових молекул. Так от, якщо хромосоми дають завдання на синтез білка, то, можливо, ядерця роблять рибосоми — фабрики для його виготовлення.
Ось ще одне захоплююче завдання. Вміст ядра відокремлений від цитоплазми ядерною оболонкою. На фотографіях, зроблених з великим збільшенням, вона видна як два темних шари, розділених світлою речовиною.
Коли клітина активно працює, оболонка стає своєрідним диспетчером, який контролює пересування речовин з ядра в цитоплазму і назад. Контрольно-пропускними пунктами, ймовірно, є ядерні пори.
Ці пори — численні отвори досить великого діаметра: до 1000 ангстремів (десятитисячна частка міліметра). Кожний такий отвір оточений вісьмома бульбашками. Але більше нам про цей пристрій поки нічого не відомо. Невідомо і те, як вони працюють.
Так чи інакше, у живій клітині пори ядерної оболонки відіграють роль воріт, пропускають певні речовини. Хто і як відкриває ці ворота, поки неясно
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.