Жизнь клеток

Клетка, мельчайшая составная единица организма, обладающая всеми свойствами живого, воспроизводится путем деления, в результате которого из одной клетки возникают две. Все клетки происходят от уже существующих. Так, одна клетка зародыша цыпленка делится на две, в свою очередь эти две делятся, давая четыре, и так далее, пока не возникнут те миллиарды клеток, из которых состоит только что вылупившийся цыпленок. Та же картина

наблюдается у человека: триллионы клеток взрослого человека происходят из одной - оплодотворенной яйцеклетки. Каждая клетка делится посередине на две равные части; таким образом, две новые клетки, поначалу меньшие "материнской", в равных долях получают все многообразные химические компоненты, необходимые для процесса обмена веществ (т. е. химических реакций, снабжающих клетку энергией). Обе клетки окружены прочной оболочкой, регулирующей поступление питательных веществ и выведение продуктов распада.

В состав клеток входят несколько основных типов химических веществ, называемых органическими молекулами ("органические" - относящиеся к жизни): углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты. Все эти крупные, сложные молекулы играют особую роль в жизни клетки. Углеводы дают энергию, необходимую для функционирования клеток. Жиры служат источником, из которого черпается энергия в клетках, - своего рода резервный запас на тот случай, если возникнет дефицит сахара. Жиры также входят в состав клеточных мембран. Белки, которые также входят в состав клеточной мембраны (и которые вместе с жирами регулируют проникновение химических веществ в клетку и из нее), находятся и внутри клетки, в так называемой цитоплазме, содержащей растворенные в воде химические вещества. Некоторые из этих внутриклеточных белков, называемых ферментами, ускоряют ход многих химических реакций обмена веществ, которые в противном случае проходили бы недостаточно быстро для поддержания жизни клетки. Нуклеиновые кислоты в основном находятся внутри особой клеточной структуры, называемой ядром. Ядро представляет собой сферическую структуру, расположенную примерно в центре каждой клетки. Нуклеиновые кислоты бывают двух основных типов: дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, и рибонуклеиновая кислота, или РНК. Обе представляют собой длинные, сложные цепочки атомов.

Рис. 6. Типичная животная клетка

В 1940 г. группа бактериологов Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, возглавляемая Освальдом Эвери, установила, что ДНК-молекула, несущая информацию, которая кодирует протекание всех химических реакций и структуру клетки. Исследователям удалось доказать, что ДНК в известной мере определяет жизнь, рост и размножение клетки.

Открытие ключевой роли ДНК в метаболизме клеток дало толчок к своеобразным международным состязаниям ученых по расшифровке структуры ДНК и способов, которые позволяют этой структуре управлять всеми химическими процессами в клетке. Эти состязания выиграли в 1953 г. два молодых специалиста по молекулярной биологии в Кембриджском университете - Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон. Они показали, что ДНК управляет обменом веществ, строением и делением клетки посредством РНК, которая действует в качестве матричной молекулы, направляющей синтез белков. В свою очередь, белки управляют обменом веществ в клетке, формируют ее основные структурные элементы и участвуют в регуляции деления клетки. При делении клетки две "дочерние" клетки, как их называют генетики, не только получают полный набор белков, жиров и углеводов, но и жизненно важный компонент - ДНК, которая будет управлять их метаболизмом и ростом.

Биологам конца минувшего столетия клетки казались структурами чудесными и таинственными. Исследуя одноклеточные организмы, такие, как амеба, они обнаружили, что клетки практически бессмертны до тех пор, пока они растут, делятся и избегают нападения микроскопических хищников. В 20-30-х годах текущего века эксперименты таких биологов, как Алексис Каррель, как бы подтверждали, что отдельные клетки и в самом деле бессмертны и что старение и смерть - это свойства лишь крупных комбинаций клеток, как, например, в организме человека. Каррель сумел выделить клетки из сложного организма цыплят, и эти клетки, казалось бы, продолжали поддерживать обмен веществ и делиться годы спустя после смерти того цыпленка, у которого они были взяты. Но, как выяснилось, Каррель ошибался.