Глава 1. «Крепостная стена» клетки

Глава 1. «Крепостная стена» клетки

Как и у любого уважающего себя средневекового города, у клетки есть вал, который окружает крепостную стену. Это – первая линия обороны клетки-городка. Ученые называют ее «оболочкой» клетки. Оболочка предназначена для защиты внутренних структур. При этом она довольно толстая (напоминаю, что речь идет о клетке размером в несколько микрон, и о толщине оболочки можно говорить только относительно других ее составных частей), но не очень прочная. И легко пропускает внутрь клетки все, что туда стремится, а из клетки – все, что стремится наружу.

Другое дело – мембрана. Именно ее можно назвать настоящей крепостной стеной. Как и в настоящей крепости, у нее есть «ворота», «калитки», «потайные ходы», «стража», «ловушки», а также «насосы» и другие нужные вещи. Она ограждает и защищает внутреннее содержимое клетки, не дает «лазутчикам» пробраться внутрь и очень внимательно относится к тому, что выходит из нее в обратном направлении.

Если отвлечься от нашей аллегории и вернуться в мир науки, можно отметить, что мембрана и внутреннее содержимое клетки состоят в основном из одних и тех же атомов. Эти атомы – углерод, кислород, водород и азот. На электронной фотографии тонкого среза клетки мембраны видны в виде двух темных линий. Они не монолитны. По сути мембрана – это очень мелкое молекулярное сито. Точнее – изрезанная извилистыми ходами толстая крепостная стена. На самом деле толстая, потому что диаметр каждого хода раз в десять меньше длины.

Таких ходов в каждой мембране не так уж и много – по сравнению со всей поверхностью клетки отверстия «ходов» занимают всего одну миллионную часть. Надо еще хорошенько потрудиться, чтобы найти вход!

Но еще больше предстоит попотеть, чтобы получить у «стражи» пропуск. Да-да, не удивляйтесь. У каждой клеточной мембраны есть своя стража – рецепторы, которые анализируют все, с чем соприкасается клетка, и выносят свой вердикт. На научном языке эти рецепторы носят название гликопротеины – эта цепочка, состоящая из молекул белка, выглядит как веточка коралла. Такие веточки «ощупывают»

все, что к ним приближается, и решают, пропускать это через мембрану или оттолкнуть.

Рецепторы мембраны играют очень важную роль. Узнавая родственные клетки, они помогают друг другу правильно выстроиться и создать ткань – костную, мышечную, нервную или любую другую. Они также допускают внутрь клетки белки, нуклеиновые кислоты, сахара и другие необходимые для жизнедеятельности клетки-города вещества. А вот «врагов» в виде болезнетворных вирусов они отталкивают – формируется так называемый иммунологический ответ. Правда, если стража обленилась или покинула свой пост (это бывает при снижении иммунитета) – вирусы проникают внутрь клетки и устраивают там погром. Хорошо, если у нас это проявляется только в чихании и заложенном носе, а ведь бывают и более трагические случаи!

Определенные рецепторы помимо прочего еще выполняют функции электрического поля – они переносят электроны и преобразуют энергию. Есть рецепторы, реагирующие на изменение химического состава среды – и сообщающие клетке о том, что такие изменения произошли. Короче говоря, как в любой уважающей себя армии, в мембране клетки содержатся различные рода войск, предназначенные для решения самых разных задач.

Как мы уже поняли, главным свойством крепостной стены-мембраны является избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом.

Существует несколько способов прохождения веществ через мембрану. Один из них можно сравнить с водой в сообщающихся сосудах – если концентрация каких-то веществ вне мембраны выше, то они начинают просачиваться туда, где концентрация ниже. Просачиваются они через те самые ходы-поры, о которых мы говорили чуть выше. Но если речь о жирорастворимых веществах, процесс «доставки» становится сложнее (а попробуйте сами затолкать «толстяка» в узкий и извилистый ход!) – предварительно молекулы расщепляются с участием липидов и только после этого проводятся внутрь. Оба эти процесса называют диффузией.

Но бывает так, что клетке позарез нужны те или иные «продукты», а самостоятельно «заходить» они никак не хотят (то есть их концентрация внутри и так выше, чем снаружи). Тогда включается механизм активного транспорта (или насоса). Его можно рассмотреть на примере обмена натрия на калий. Его так и называют – Na-/K-насос. Суть его заключается в том, что клетка выталкивает ионы натрия, замещая их на ионы калия. Занимаются этим специальные белки-переносчики, которые и образуют так называемые ионные насосы. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация K– и меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На такое замещение расходуется значительная энергия, зато этот механизм позволяет клетке получать различные сахара, нуклеотиды и аминокислоты.

А что делать, если внутрь надо затащить совсем уж крупногабаритные предметы? К таким «роялям» и «шкафам» относятся макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеиновые комплексы и другие нужные вещества. И здесь в нашей крепостной стене начинают происходить настоящие чудеса. Кусок «стены» (мы же помним, что речь идет о клеточной мембране) выпячивается и захватывает нужный кусок внеклеточного материала. Затем он обволакивает его и расщепляет макромолекулы до простейших составляющих. А те уже легко проскакивают через знакомые нам проходы-поры.

Этот процесс называется эндоцитоз. То же самое, но только изнутри – наружу, носит название экзоцитоз. С помощью экзоцитоза мембрана помогает клетке избавиться от внутриклеточных продуктов или непереваренных остатков. Это можно сравнить с работой мусороуборочной машины: «мусор» заключается в своеобразный пузырек (вакуоль) и подводится к стене (мембране). Пузырек сначала прилепляется к внутренней поверхности стены, а затем как бы раскрывается в нее, выдавливая содержимое через ходы наружу. Вот такая чистюля – наша клетка.

Для понимания всех происходящих в мембране процессов следует помнить, что в отличие от настоящей крепостной стены ткань мембраны является подвижной, текучей структурой. Именно это свойство позволяет ей проявлять такие чудесные качества, как избирательность, различные механизмы транспорта веществ внутрь и наружу и так далее. Мембраны – структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях.

Из мембранной ткани формируются и некоторые «внутренние» помещения, вход в которые доступен не для всех. Но об этом – чуть позже.