Клетки размножаются делением (митозом) – в результате из одной материнской клетки образуются две дочерние. При делении происходит удвоение генетической информации (ДНК), которая расходится потом по дочерним клеткам. В клетках эукариот, в том числе и человека, ДНК перед делением сначала копируется, а потом собирается в компактные структуры – хромосомы. Время жизни клетки от одного деления до другого называется клеточным циклом.
Благодаря делению клеток происходит рост и обновление многоклеточных организмов и распространение одноклеточных.
Вирусы не имеют клеточного строения. Вирусная частица представляет собой короткую генетическую инструкцию, записанную на ДНК или РНК и упакованную в белковую капсулу.
До конца XX века в биологии главенствовала концепция, согласно которой клеточное строение является одним из фундаментальных признаков живого. Таким образом, вирусы автоматически попадали в раздел «неживое». В настоящее время нравы смягчились. При проведении границы между «живым» и «неживым» главный акцент делается на способности к воспроизведению генетической информации (размножении), и вирусы оказались «живыми». Для наших целей, впрочем, совершенно неважно, куда их относить, но важно помнить, что в отличие от подавляющего большинства клеточных форм жизни вирусы не способны воспроизводиться самостоятельно. Они всегда выступают в роли внутриклеточных паразитов, используя для своего размножения клетки эукариот или прокариот.
Клетки. Вопросы саморегуляции и взаимодействия
Одним из фундаментальных свойств живого является способность реагировать на изменения в окружающей среде. Живая клетка – динамическая структура, в которой в зависимости от текущей задачи могут включаться и выключаться различные наборы генов и, соответственно, синтезироваться, или, как говорят ученые, экспрессироваться, разные наборы белков. Белки, изменяющие активность генов, называются транскрипционными факторами. Прикрепление транскрипционного фактора к ДНК (гену) запускает или, напротив, блокирует его считывание.
Два самых важных слова в описании регуляции клеточной активности – это активация (включение, усиление) и ингибирование (выключение, ослабление, супрессия). Баланс между активацией и ингибированием разных наборов генов и белков определяет внутреннюю жизнь как отдельной клетки, так и целого организма.
В разных клетках активны разные наборы генов, и это определяет видимое разнообразие клеток человеческого организма. Нервная клетка не похожа на клетку печени, а клетка кожи – на мышечную.
В многоклеточном организме очень важную роль играет согласованность действий разных клеток. Она достигается за счет того, что клетки постоянно обмениваются химическими сигналами друг с другом. Нарушение согласованности приводит к таким опасным заболеваниям, как, например, рак.
Молекулы, доставляющие послания от клетки к клетке, называются лигандами. Это могут быть как крупные молекулы – белки, так и относительно небольшие – гистамин или эстроген. Лиганды способны взаимодействовать со специальными белками-рецепторами на поверхности клетки. Связывание лиганда с рецептором запускает сложный каскад внутриклеточных превращений, который называется сигнальным путем данного рецептора и изменяет поведение клетки. Так, взаимодействие с рецепторами лигандов – факторов роста дает клетке сигнал делиться, а связывание цитокинов приводит к активации или затуханию иммунного ответа.
Связывание лиганда и рецептора – высокоспецифическое взаимодействие, эти две молекулы должны идеально подходить друг к другу, как ключ и замок, иначе связывания не произойдет. Разные клетки синтезируют разные наборы рецепторов, что определяет, на какие сигналы они будут реагировать.
Как любая сложная система, живая клетка способна выходить из строя. Для того чтобы такая испортившаяся клетка не повредила всему организму, существует специальный механизм – апоптоз, или управляемая клеточная смерть. В клетках, накопивших слишком много мутаций или других повреждений, запускается молекулярная программа самоуничтожения. Такой же механизм использует иммунная система, чтобы ликвидировать подозрительные клетки, но в этом случае сигнал поступает в клетку извне через так называемые рецепторы смерти, которые активируются специальными лигандами иммунных клеток. Главное отличие апоптоза от незапланированной клеточной смерти – некроза (например в результате физического или химического повреждения тканей) – в том, что при первом содержимое клетки (белки, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы) остается упакованным в специальные мембранные «мешочки» – апоптотические тельца, а при втором попадает во внеклеточную среду и вызывает острую реакцию – воспаление.
Биологические системы устроены очень сложно. В каждой живой клетке одновременно взаимодействуют тысячи различных молекул, в многоклеточном организме к этому добавляются межклеточные взаимодействия и системы нервной и гормональной регуляции. Может показаться, что строение далеких галактик мы понимаем лучше, чем строение собственного тела. И это действительно так. Молекулярная биология очень молода, ей меньше 100 лет, и ее впечатляющие открытия, в сущности, лишь первые шаги. Если вы захотите больше узнать об этой увлекательной науке, ее истории и достижениях, обратитесь к списку рекомендованной литературы, который приводится в конце книги.
Рекомендованная литература
Об истории открытия структуры ДНК и генетического кода:
Уотсон Джеймс Д. Двойная спираль. – М.: АСТ, 2019.
О молекулярных основах эволюции:
Марков А. В. Рождение сложности. – М.: АСТ: Corpus, 2015.
О молекулярной биологии рака:
Кондратова М. Кривое зеркало жизни. – М.: Альпина нон-фикшн, 2019.
Фундаментальный учебник по молекулярной биологии и генетике:
Кребс Дж., Голдштейн Э., Килпатрик С. Гены по Льюину. – М.: Лаборатория знаний, 2022.
Краткий очерк современной иммунологии:
Дэвис Д. М. Невероятный иммунитет. Как работает естественная защита вашего организма. – М.: Гаятри/Livebook, 2019.
Основной отечественный учебник по иммунологии – подробный, но достаточно сложный:
Ярилин А. А. Иммунология. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.
Рекомендуем книги по теме
Мятежная клетка: Рак, эволюция и новая наука о жизни
Кэт Арни
Вскрытие покажет: Записки увлеченного судмедэксперта
Алексей Решетун
Кривое зеркало жизни: Главные мифы о раке, и что современная наука думает о них
Мария Кондратова
Пить или не пить? Новая наука об алкоголе и вашем здоровье
Дэвид Натт