Клетка. Фрактальные образования.

Клетка

Мы воспринимаем свое биологическое тело как единое целое, не задумываясь о том, что на самом деле каждый из нас представляет собой колоссальный мегаполис из 50 триллионов клеток. Вообразить такое число практически невозможно, ведь количество клеток в человеческом теле превышает общее число людей на Земле более, чем в 7 раз. Клетки – индивидуальные единицы жизни, а наше тело – зримое проявление их единства.

Каждая клетка биологически и функционально эквивалентна миниатюрному человечку. Как только мы сумеем увидеть потрясающее сходство между людьми и клетками, нам станут понятны некоторые процессы и действия, отработанные клетками за миллиарды лет.

Клетка и человеческое тело представляют собой самоподобные фрактальные образования, которые имеют некоторые общие функции и потребности, обеспечивающие их выживание. Таким образом, жизнь клетки в человеческом теле и жизнь человека в цивилизации представляют собой параллельные реальности, самоподобные по своей природе. Что хорошо для клетки человеческого тела, хорошо и для человека, а что хорошо для человека, хорошо и для человечества.

Каждая клетка человеческого тела представляет собой независимое разумное существо; она самодостаточна и в подходящей среде может выжить без посторонней помощи. По сути, ученые доказывают это всякий раз, когда отделяют те или иные клетки и выращивают их культуру.

Простая логика свидетельствует, что у нашего тела и у наших клеток одни и те же потребности: кислород, вода и пища; контролируемая среда, ограждающая жизненные процессы от крайних воздействий со стороны стихий; защита от других жизненных форм, например, вирусов, которые могут истощить энергию и ресурсы. Подобным же образом и людям, и отдельным клеткам для выживания необходимо работать, то есть расходовать энергию. Люди ходят на работу, чтобы обеспечивать всем необходимым как свою семью, так и общество, а клетки работают все вместе ради здоровья тела.

Клеточные структуры – органеллы – подчиняются тем же самым биохимическим механизмам, что и наши внутренние органы. В человеческом теле нет ни одной функции, которой не было бы в отдельной клетке.......

Всякая клетка, обладающая ядром, имеет функциональные белковые эквиваленты человеческой нервной системы, системы пищеварения, системы дыхания, выделительной системы, эндокринной системы, костно-мышечной системы, системы кровообращения, наружных покровов (человеческой кожи), репродуктивной системы и даже примитивной иммунной системы, функционирование которой обеспечивается семейством особых антителоподобных белков.......

Размеры средних клеток колеблются в пределах 0,01–0,05 мм. Самая большая из всех клеток – женская половая клетка – достигает 0,14 мм в диаметре. Одни клетки привязаны к месту (например, тканевые клетки), другие находятся в постоянном движении (например, клетки крови). Неодинакова и продолжительность жизни клеток (от дней до многих десятилетий). Тем не менее, живут они по одинаковым основным законам и имеют общие черты строения.

Каждая клетка имеет границу в виде тонкой полупроницаемой защитной оболочки – мембраны – с пограничными пропускными пунктами, где с помощью специальных молекул (рецепторов) в клетку и из клетки проходят те или иные вещества.......

Содержимое живой клетки, включая ядро, называется протоплазмой, а исключая ядро – цитоплазмой, которая состоит из жидкой части и органелл (или органоидов). Органеллы (ядро, митохондрии, рибосомы и др.) имеют свои мембраны и свое назначение. Их можно считать функциональными эквивалентами тканей и органов нашего тела.

Самая большая из органелл клетки – ядро. В его состав входят хромосомы и одно или несколько ядрышек. Ядро окружено двуслойной ядерной оболочкой с многочисленными порами, которые открывают путь в цитоплазму.

Главной структурной частью ядра являются хромосомы. Их основным элементом служат молекулы ДНК, в которых «записана» генетическая информация, а также различные белки.......

Ядрышки (нуклеоли), входящие в состав ядра, участвуют в образовании органелл, называемых рибосомами.

Мельчайшие структуры в цитоплазме – рибосомы. Они, в основном состоят из рибонуклеиновой кислоты (РНК). Рибонуклеиновая кислота (РНК) – это короткоживущая «ксерокопия» ДНК. Именно она служит физическим шаблоном для кодирования аминокислотной последовательности, составляющей остов белковой молекулы. Рибосомы – это своеобразные фабрики по производству белков. В них из молекул аминокислот осуществляется синтез белков, которые либо остаются в клетке, либо выделяются из нее.

Самые большие из органелл в цитоплазме – митохондрии. Они принимают участие в клеточном дыхании. В них протекают окислительно-восстановительные реакции, которые обеспечивают необходимой энергией обменные процессы, происходящие в клетке.

Однако простота строения клетки обманчива. По сути, это целый химический комбинат. За одну секунду в ней происходит несколько сотен тысяч химических реакций одновременно. Клетка – это целый мир, она использует сложнейшие технологии, в которых ученым еще только предстоит разобраться.......

По оценкам ученых, в человеческом теле имеется 90 различных химических элементов, почти все из имеющихся на Земле. Из всех живых существ только человек содержит их так много. Все эти вещества активно участвуют в жизненных процессах клетки. И хотя клеткам необходимы они все, наиболее важную роль играют два типа молекул сложного строения – белки и нуклеиновые кислоты. По существу, клетки представляют собой сооружения из ста тысяч белковых «кирпичей».

Белки (или протеины) представляют собой крупные полимерные макромолекулы, которые состоят из простых молекул аминокислот, соединенных в строго определенной последовательности в длинные цепочки. Всего в Природе насчитывается 20 аминокислот. Каждый белок имеет присущую только ему последовательность аминокислот в цепи. Возможное число таких последовательностей (а, следовательно, белков) в живой Природе безгранично.......

Синтез белка происходит только в живой клетке и регулируется находящимися в ней двумя нуклеиновыми кислотами ДНК и РНК. От них зависит порядок присоединения и распределения аминокислот в молекуле, а значит и разновидность белка. ДНК находится в ядре клетки, а РНК содержится и в ядре, и в рибосомах. ДНК служит программой, по которой определяются порядок и количество присоединяемых аминокислот, а РНК – основой для построения белковой молекулы.......

ДНК одинакова во всех клетках, формирующих различные органы.......

РНК представляет собой одноцепочечную молекулу, комплементарную одной нити молекулы ДНК. Комплементарные молекулы – это такие молекулы, которые подходят друг к другу, как ключ к замочной скважине. Они могут сцепляться друг с другом, как «шестеренки» механизма.......

Клетки разных органов сложного организма содержат в своих ядрах одинаковую информацию, записанную в ДНК, но по своему составу (белков, ферментов) значительно отличаются друг от друга, то есть в клетках каждого органа осуществляется синтез только своих специфических белков, ферментов и пр. Ученые определили, что каждый ген, то есть участок ДНК, управляет какой-то одной химической реакцией синтеза определенного белка в цитоплазме клетки. Белки, синтезированные в клетках разных органов, отличаются друг от друга размерами и формой молекул, химическими и физическими свойствами. А это означает, что в каждый данный момент времени в клетке используется только часть генетического аппарата. Исследования показывают, что в каждый момент времени в клетках активны только часть генов из всего генома, то есть в разных клетках переписываются разные участки ДНК и, соответственно, формируются разные РНК, по которым синтезируются разные белки. Поэтому молекула РНК по своей длине в сотни раз короче молекулы ДНК и является комплементарной копией не всей молекулы ДНК, а только её части, одного гена или группы рядом лежащих генов.......

Процессы жизнедеятельности клеточного механизма обеспечиваются изменением формы и конфигурации молекул белка, то есть движением комплементарных «шестеренок» белков цитоплазмы. Для того, чтобы эти «шестеренки» пришли в движение, необходимы соответствующие сигналы извне, из окружающей среды. Передаточным звеном между такими сигналами и белками цитоплазмы служит клеточная мембрана – эквивалент кожи. Мембрана преобразует сигналы окружающей среды в поведение клеток. Её поразительные способности были открыты в процессе изучения самых примитивных организмов на нашей планете – прокариотов, состоящих из мембранного мешочка, наполненного «супом» цитоплазмы.......

Способность мембраны «осмысленно» взаимодействовать с окружающей средой делает её самым настоящим клеточным «мозгом». Его работу обеспечивают интегральные мембранные белки – рецепторы и эффекторы. С функциональной точки зрения эти белки играют роль «вентилей ощущений», своеобразных «переключателей» – связующего звена между внешними раздражителями и каскадами ответных внутриклеточных белковых реакций.

Мембранный переключатель представляет собой своего рода узел восприятия, состоящий из двух основных частей: белка-рецептора и белка-эффектора. Тандем рецептора и эффектора функционирует по типу «раздражение-отклик», наподобие той рефлекторной реакции, которую невропатологи проверяют во время медосмотра. Когда врач ударяет нас по колену молоточком, наш сенсорный нерв получает сигнал и тут же передает информацию моторному нерву, который и заставляет ногу дергаться. По своим функциям белки-рецепторы клеточной мембраны эквивалентны сенсорным нервам, а белки-эффекторы – моторным нервам, вызывающим действие.......

Управляющие нашей жизнью «переключатели» приводятся в действие сигналами, посылаемыми окружающей средой.......

В мембране клетки имеются нужным образом настроенные белки-рецепторы для всех внешних сигналов, в том числе и сигналов от других клеток организма, которые тоже необходимо улавливать. Практически для каждого сигнала, распознаваемого клеткой, существует отдельный мембранный переключатель.

После того, как белки-рецепторы проинформируют клетку о внешних сигналах, ей надлежит предпринять адекватные ответные действия, направленные на поддержание своей жизнедеятельности. Это задача белков-эффекторов. Поскольку клетке для обеспечения её нормального функционирования требуется решать целый ряд задач, существует множество разновидностей белков-эффекторов.......

Будучи активированными, все виды белков-эффекторов (канальные белки, цитоскелетные белки, ферменты и их производные), в свою очередь, могут активировать гены. Таким образом, не гены управляют своей активностью. Это делают интегральные мембранные белки. «Считывание» генов, ответственных за замену изношенных и синтез новых белков, в процессе формирования молекулы РНК контролируется мембранными белками-эффекторами, откликающимися на сигналы окружающей среды, под которой понимается абсолютно всё – от поверхности мембраны до окраин Вселенной.

Значение интегральных мембранных белков ученые осознали только в последние годы, и сегодня исследования обеспечиваемой ими передачи сигналов в клетке быстро превратилось в целое научное направление – эпигенетику. Ученые стараются классифицировать сотни сложнейших информационных путей между восприятием клеточной мембраной сигналов окружающей среды и активацией белков, отвечающих за поведение клетки.......

 Организм в целом и каждая клетка в отдельности могут сохранять свою структуру и нормальную жизнедеятельность лишь благодаря непрерывному потреблению энергии. Как только прекращается поступление и превращение жизненной энергии, структура клетки распадается, и её жизнедеятельность заканчивается.

Энергию клетка получает в основном при расщеплении углеводов и жиров. Процесс этот происходит в особых органеллах – митохондриях. Это силовые, или энергетические, станции клетки. Каждая клетка содержит от 50 до 5000 митохондрий. В них-то и происходит в результате расщепления углеводов (глюкозы) образование довольно сложного вещества – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Молекулы АТФ – основной источник энергии для большинства жизненных процессов организма. Они очень легко расщепляются, выделяют при этом энергию и являются, таким образом, аккумулятором, отдающим энергию по мере надобности. В виде синтеза АТФ клетка получает 55% энергии, образующейся при окислении глюкозы. Даже самые блестящие успехи современной техники бледнеют перед таким высоким КПД этого уникального клеточного механизма.

Клетки извлекают из пищи энергию и запасают её в виде стабильных энергетически богатых молекул АТФ, которые циркулируют между клетками наподобие валюты. Любопытно, что иногда в книгах по биологии АТФ называют «разменной монетой» организма, клеточным эквивалентом денег. Монетки АТФ ходят в клеточных сообществах в качестве оплаты за энергию, израсходованную в ходе выполнения таких работ, как пищеварение, дыхание, обработка нейроимпульсов, выведение отходов и размножение. Иными словами, клетки тела удовлетворяют свои энергетические потребности путем обмена молекулами АТФ.......

Тело трансформирует излишки в богатые энергией жировые клетки, которые хранятся про запас – наподобие сберегательного счета в банке. Тело кладет молекулы АТФ «на депозит» и снимает их оттуда, чтобы обеспечивать нормальный оборот АТФ-денег и финансировать такие функции клеточного сообщества, как рост и ремонт тела.

Клеточная экономика доказала свою эффективность тем, что она обеспечила выживание человеческого тела на протяжении миллионов лет и продемонстрировала большую прочность и гибкость – ведь она способствовала адаптации человека к самым разнообразным вызовам среды.......

Конец ознакомительного варианта фрагмента книги

Назад Вперед