История биологии с начала XX века до наших дней - [135]

Но и в таком, усовершенствованном виде мембранная теория оказалась неспособной объяснить целый ряд явлений и прежде всего основной факт — стационарное распределение веществ в клетке, качественно отличное от состояния простого водного раствора. Слабой стороной этой теории было также игнорирование всех остальных компонентов клетки. В 1907 г. ее впервые подвергли критике М. Фишер и Г. Моор, которые рассматривали поступление в клетку различных веществ не как следствие осмотических и диффузионных закономерностей, а как результат коллоидно-химических процессов, протекающих в самой протоплазме. Сомнения в решающей роли плазматической мембраны в обеспечении проницаемости были высказаны В.В. Лепешкиным (1924, 1930) и Д.А. Сабининым (1920–1925); последний подробно исследовал зависимость проницаемости от реакции среды.

Однако наиболее обоснованные возражения против мембранной теории сформулировали в 30-е годы Д.Н. Насонов и В.Я. Александров, а позднее А.С. Трошин (1956). Они разработали сорбционную теорию проницаемости. Согласно этой теории, решающая роль в распределении веществ, проникающих в клетку, принадлежит сорбционным отношениям, устанавливающимся между протоплазмой клетки в целом и окружающей средой. По удачному выражению А.С. Трошина, сорбционную теорию можно было бы назвать протоплазматической теорией проницаемости. Сорбционная теория основывается на следующих положениях: растворимость веществ в протоплазме должна отличаться от растворимости в обычной воде; важнейшим фактором распределения веществ в клетке является их адсорбция и химическое связывание в протоплазме.

Первоначально казалось, что обе теории совершенно несовместимы. Позже, однако, выяснилось, что их сближение возможно.

Ультраструктура клетки.

Широкое использование электронной микроскопии привело к тому, что было существенно дополнено, а в некоторой степени и изменено, традиционное представление о строении клетки.

В настоящее время ведущим является представление о мембранно-вакуолярной системе и об основном матриксе, в который эта система погружена (Ф. Хагено, 1958). Важнейшие процессы жизнедеятельности клетки очень хорошо согласуются с этой схемой ее субмикроскопического строения.

Для характеристики современного уровня знаний об ультраструктуре клетки весьма показательна эволюция в области представлений об отдельных структурах клетки. С помощью дифференциального центрифугирования первоначально удалось выделить только несколько основных фракций, подлежащих дальнейшему анализу, — ядра, митохондрии и микросомы. В последней фракции были найдены обрывки эндоплазматической сети частично с сидящими на них рибосомами и многочисленные, точнее не идентифицированные, гранулы, получившие сборное название цитоплазматических частиц. В последнее время было выяснено, что в состав этой группы входят совершенно гетерогенные образования, различающиеся как по своей ультраструктуре, так и по функции. Так, были описаны лизосомы (К. Де-Дюв, 1963), носители протеолитических ферментов. Им принадлежит, по-видимому, важная роль аппарата защиты клетки и уничтожения ее поврежденных и отмирающих частей. Характерная особенность лизосом — высокая активность в них кислой фосфатазы и некоторых нуклеаз.

В качестве самостоятельных структур были выделены микротельца, чрезвычайно широко распространенные в клетках животных и, видимо, растений. Они оказались тесно связанными с каталазой, уратоксидазой и оксидазами аминокислот (3. Грубан, М. Рехцигл, 1969). Идентифицировать эти и некоторые другие структурные элементы клетки удалось благодаря сочетанию морфологического и цитохимического методов.

Химическая цитология.

В 30-х годах в цитологии появилось новое направление, которое может быть названо химической цитологией. Его задачей стало изучение биохимических процессов, протекающих в клетке.

Одна из первых цитохимических работ была выполнена Б.В. Кедровским (1934). Применив прижизненную окраску основными красителями, он обнаружил присутствие в клетке базофильных веществ («кислых анаболитов», по его выражению), участвующих в процессах белкового синтеза. Первоначально Кедровский считал «кислые анаболиты» белками, содержащими фосфатные группы. Но уже скоро он пришел к заключению, что это нуклеиновые кислоты, динамика, локализация и огромное биологическое значение которых впоследствии были изучены Ж. Браше, Т. Касперссоном и рядом других иностранных и советских исследователей.

В течение сравнительно короткого времени благодаря использованию цитохимических (в частности, цитоспектрофотометрических) методов было накоплено огромное количество фактов, свидетельствующих о локализации ДНК в ядрах, а РНК — в цитоплазме всех исследованных клеток — от бактерий и простейших до человека.

Для цитохимии углеводного обмена большое значение имели начатые еще в 30-х годах работы А.Л. Шабадаша (1937, 1948), выполненные на клетках нервной системы, крови, клеточных культурах и т. д. Шабадаш предложил очень удачный метод гистохимического обнаружения гликогена путем его окраски основным красителем — фуксином, после окисления этого углевода периодатами (ШИК-реакция; в зарубежной литературе этот метод именуется ПАС-реакцией). Гистохимическое обнаружение гликогена позволило выявить динамику этого вещества даже при незначительных функциональных изменениях в нервной клетке, в ряде клеток на первых этапах лучевого поражения, в процессе регенерации, при вирусной инфекции в клетках культуры ткани и т. д. Так как гликоген является важным не только энергетическим, но и пластическим компонентом клеточного обмена, определение количества и формы его отложения (десмо- и лиогликоген, по Шабадашу) является одним из наиболее чувствительных критериев физиологического состояния клетки.