Знание-сила, 2003 № 09 (915) - [24]

Начатки такой организованности обнаружены уже у одноклеточных водорослей и бактерий, и раз эта внутренняя организация клеток давала бесспорные преимущества ее обладателям, а мутации непрерывно порождали все новые и новые (лучшие и худшие) варианты такой организованности, природе (естественному отбору) оставалось только отбирать то, что оказывалось организованным все лучше и все сложнее.

Видимо, именно таким путем когда-то возникли и начатки второго типа организации внутриклеточного пространства, второй особенности живых клеток — наличие в них внутреннею «скелета» и «системы транспортных путей», вместе с теми пузырьками, которые по этим путям движутся, и теми молекулярными моторами, которые движут пузырьки по этим путям.

«Скелет» клетки образован длинными молекулами белка актина, и каждая такая полимерная молекула состоит из множества отдельных звеньев-мономеров. Клетка обладает способностью по надобности убирать и наращивать эти кирпичики-мономеры, тем самым меняя форму и размеры молекул актина, а с ними — и всего своего скелета. Это-то и позволяет ей распластываться и ползти, и выпускать отростки, и округляться, и делиться. (Кроме того, волокна актина вместе с волокнами другого белка, миозина, осуществляют сокращение и расслабление мышечных клеток тела, но об этом чуть дальше.)

Взаимодействие молекул миозина и актина е наших мышцах.

Вверху: мышца в расслабленном состоянии.

Внизу: молекулы начинают скользить друг по другу, и мышца сокращается.

Подробности взаимодействия молекул двух веществ показаны на рисунке на с. 54

Что же касается «системы транспортных путей», то она образована длинными волокнообразными белковыми микротрубочками, тысячи которых пересекают внутреннее пространство клетки в самых разных направлениях. Именно по этим микротрубочкам, как по рельсам, и движутся — с помошью молекулярных моторов — пузырьки с химическими веществами из центра клетки на ее периферию и с поверхности клетки к ее ядру. Скорость этого движения невелика. Так, самая длинная «магистраль» в нашем теле — это аксон, идущий от позвоночника к пальцам ног, его длина у взрослого человека составляет около метра, и вот пузырьки проходят это расстояние за три-четыре дня. Но в пределах подавляющего большинства других клеток, где расстояния не превышают тысячных долей сантиметра, время движения пузырьков составляет доли секунды, и именно это позволяет клеткам так быстро осуществлять сложнейшие каскады биохимических процессов, которые составляют ее жизнедеятельность. Не будь этой системы путей, и нужные вещества могли бы попадать в нужные места клетки лишь случайно, в результате долгих хаотических блужданий. Теперь, думается, понятно, почему наличие «транспортной сети» дает такое преимущество ее обладателям и почему порча этой сети выводит клетку из строя. Некоторые ученые считают, что, например, болезнь Альцхаймера имеет первопричиной порчу системы микротрубок в нейронах.

Даже в таком упрошенном описании можно ошутить, как изумительно тонко, сложно и согласованно построена и работает живая клетка. И даже эта упрошенная картина уже порождает множество вопросов: как и по каким инструкциям образуются и меняются в клетке ее «скелет» и системам микротрубок? откуда берутся пузырьки-«контейнеры»? как происходит упаковка именно нужных веществ в каждый из них? каким образом появляются на них «опознавательные ярлыки»-рецепторы? чем задается направление движения? И так далее.

Большинство этих вопросов пока не имеет ответа, и можно понять возбуждение и пылкое нетерпение тех биологов, которые ишут эти ответы в своих лабораториях. Обо всем не рассказать, и сосредоточимся поэтому на том, что заявлено предметом этой заметки, то есть на молекулярных моторах и, в частности, на динеине, с которого мы ее начали.

Два главных внутриклеточных молекулярных мотора — это динеин и кинозин. Удобнее, однако, начать разговор обо всех этих «великолепных машинах», как назвал молекулярные моторы один из исследователей, с третьего основного мотора — того миозина, что вместе с актином, образующим клеточный «скелет», заведует мышечными сокращениями, а через них — всеми макродвижениями наших тел. Мышцы движут нашими конечностями (через особые тяжи, состоящие из длинных белковых волокон). Мышцы заведуют биениями нашего сердца, деятельностью легких, движениями языка и голосовых связок, перистальтикой кишечника и многими другими механическими действиями в нашем организме. Есть мышцы, заведующие выдавливанием жидкости из почек и подрагиваниями кровеносных капилляров, подталкивающих кровь к клеткам. Есть даже крохотные мышцы, управляющие сокращениями и поворотами нашего зрачка. И как неупомянутьо мускульчиках, заставляющих волосы на коже вставать дыбом от холода, а саму кожу при этом дрожать, чтобы выделять согревающую нас энергию!

Как ни различны все эти мышечные клетки, механизм их действия один — и при том тот же самый, который движет клетками, когда они ползут или делятся. Природа экономна и изобретательна: отобрав в ходе эволюции какую-то особо удачную конструкцию, она затем зачастую успешно применяет ее для самых разных целей. Вот так же, говорят, создав мозг и обнаружив, что у него остаются «лишние», остаюшие втуне возможности, она использовала («экзаптировала») их для заведования осмысленной речью. Если клетки мускулов и отличаются чем-то от других клеток, то лишь концентрацией молекулярных моторов. Эта повышенная концентрация дает им их силу. Кроме того, архитектура этих моторов в мышечных клетках постоянна, а в других меняется по надобности.