Мир клетки. Часть вторая.
Для расщепления атомного ядра физики, как известно, пользуются элементарными частицами, которые они разгоняют до огромных скоростей в специальных ускорителях. Бомбардируя ядро, эти частицы разбивают его на части. Биологи, как ясно из предыдущего (смотрите прошлую статью), не могли пойти подобным путем. Они начали искать и нашли свои способы разрушения клетки. В настоящее время это делается следующим образом: ткань (печеночную, мышечную и др.) измельчают так, чтобы в жидкости плавали отдельные клетки. Затем эту взвесь помещают в толстостенный стакан из шероховатого стекла. В него вставляют стеклянный же пестик, плотно прилегающий к стенкам. Пестик вращают с помощью моторчика со скоростью 2—3 тысяч оборотов в минуту. Клетка попадает между пестиком и стенками стакана и разрушается, но содержимое каждой ее части при этом остается нетронутым.
Теперь надо выделить эти части. Еще раньше было замечено, что разные части клетки имеют различный удельный вес, а значит и с разной скоростью двигаются при вращении: те, удельный вес которых больше, будут быстрее перемещаться к периферии центрифуги.
Если центробежная сила, которую развивает центрифуга, раз в 900 превышает силу земного притяжения, то на дно оседают клеточные ядра и куски клеточной оболочки. Если центрифуга вращается еще быстрее, и центробежная сила становится в 7 000 раз больше силы тяжести, то осядут более мелкие частицы, называемые митохондриями. Их размер — 0,5—2 микрона, и они невидимы простым глазом. Если же центрифуга будет вращаться с бешеной скоростью, и центробежная сила в ней примерно в 100 000 раз превысит силу земного притяжения, то выделятся мельчайшие частицы — микросомы, величиной в 50—200 миллимикрон. Они видимы только в электронный микроскоп. После этого остается жидкость, уже не содержащая никаких частиц.
Под влиянием такого ускорения каждая частичка в центрифуге и «весить» должна в сто тысяч раз больше, чем в обычных условиях на Земле. Если бы человека весом в 70 килограммов можно было поместить на такую центрифугу, то он стал бы «весить» 7 000 тонн. Однако клеточные частички из-за трения благополучно, как с парашютом, опускаются на дно центрифужного стакана.
На этом ученые не остановились. Разобрав клетку, они разрезали отдельные ее части на «ломтики» толщиной уже всего в 100 ангстрем[1. Ангстрем – стомиллионная доля сантиметра.] и под электронным микроскопом изучили их внутреннюю структуру. В результате, мы уже располагаем данными, позволяющими довольно подробно характеризовать клетку и ее составные части.
Не следует думать, что частицы, находящиеся в цитоплазме, плавают в ней наподобие порошинок в воде. Сама цитоплазма представляет собой что-то вроде довольно густого киселя или полужидкого желе. В этом «киселе» есть более и менее плотные участки, причем в зависимости от состояния клетки густота клеточного «желе» в тех или иных местах меняется, и иногда настолько сильно, что отдельные участки становятся похожи на застывший холодец. В цитоплазме, кроме того, можно увидеть плотные нитеподобные образования, к которым микросомы прикреплены, как цветы вербы к ветке.
Для поддержания жизненных процессов, происходящих в клетке, необходима энергия. Эту энергию клетка получает во время дыхания. И вот оказывается, что дыхательными «органами» клетки являются митохондрии. Это нечто вроде аккумуляторов, накапливающих энергию. «Запасы» энергии производятся путем синтеза различных богатых энергией химических веществ. Эта энергия обеспечивает непрерывный ход всевозможных химических реакций, необходимых для существования клетки. Энергетические реакции вызывает и поддерживает целый набор последовательно, как по конвейеру действующих ферментов.
Однако этим роль митохондрии не исчерпывается. Они синтезируют также необходимые для жизни клетки вещества, в том числе белки и жиры. Весь «ассортимент» производимых в митохондриях веществ ученым еще даже не известен. Таким образом, продолжая нашу аналогию, можно сказать, что в энергетическом корпусе существуют еще и фабрики — заготовочные, производящие вещества, необходимые для работы всего завода.
Не следует думать, что если мы говорим об энергетическом цехе клетки, то он имеется только в единственном числе, и что существует всего одна митохондрия. Таких цехов в клетке, в противоположность заводу, много. В каждой клетке печени, например, насчитывается около 2500 митохондрий, и в каждой из них — от 5 до 10 тысяч «конвейерных линий».
Поскольку в митохондрии одновременно протекают десятки тысяч химических реакций, естественно и строение этих крохотных частиц оказывается достаточно сложным. Митохондрии обычно каплеобразной формы, которая, однако, меняется в зависимости от состояния клетки. Они окружены оболочкой толщиной в 150—200 ангстрем, которая состоит из двух слоев белка и заключенного между ними двойного же слоя жиро- подобных веществ. Внутри митохондрия разделена на множество мелких, сообщающихся между собой ячеек, как бы сот, перегородками, имеющими такое же строение, что и оболочка. Каждую ячейку заполняет полужидкая крупичатая масса. Строение самих крупинок неизвестно.
Одно время думали, что они-то и есть микросомы, так как их размер сходен с размером микросом. Тогда предполагали, что микросомы зарождаются и формируются в митохондриях. Однако эта гипотеза не подтвердилась.
Хлоропласты — растительные митохондрии, как и митохондрии животных, имеют очень много ферментов и способны выполнять примерно ту же работу. Но в то же время у хлоропластов существует своя специализация. Они превращают углекислоту в крахмал, то есть могут осуществлять фотосинтез.
Это очень важный, можно сказать, основной процесс, с помощью которого органический мир Земли, используя неорганическую природу, поддерживает свою жизнь. Именно путем фотосинтеза из такого простого вещества, как углекислый газ, образуется сложный биологический полимер — крахмал, обладающий запасом химической энергии…
Автор: В. Тонгур.