Клеточные основы здоровья

Как бы там ни было, важной вехой биологической эволюции стало то, что некий ранний представитель жизни (полагают, архаичный организм цианобактерия, или сине-зеленая бактерия) был первой клеткой, освоившей химическую реакцию превращения энергии солнечного света в специальные макромолекулы – углеводы. Эти запасенные молекулы далее служат внутриклеточным источником энергии.

Современная биология не может доказательно рассуждать о том, сформировалась ли эта клетка-праматерь жизни на Земле из химических элементов нашей планеты, или местом ее рождения является не Земля. У цианобактерии нет ядра, но есть ряд примечательных особенностей, сыгравших ключевую роль в том, что мы с тобой существуем. Прежде всего, нужно отметить, что цианобактерии в процессе своего метаболизма производят побочный продукт – кислород. Еще долгое время на ранней Земле кислород был ядом для микроорганизмов.

У цианобактерии нет митохондрий. Митохондрия – это такая органелла в наших клетках, которая, наряду с другими ингредиентами, использует кислород для синтеза специальных молекул – аккумуляторов энергии. Их еще называют макроэргами. Наиболее мощный из них – это молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Мы о ней позже подробнее поговорим. Здесь лишь отметим, что АТФ является универсальным поставщиком энергии во всех наших клетках, а также во всех эукариотах (клетках с ядром) и многоклеточных организмах.

– А откуда взялась клетка?

– По этому поводу дискуссии в биологии продолжаются. Известно, что все формы жизни основаны на клетке. Как она появилась, неизвестно. Одна из гипотез полагает, что она возникла при каких-то благоприятных условиях на Земле в водной среде, богатой макромолекулами. Есть также гипотеза панспермии. Согласно ей, возраста Земли недостаточно для того, чтобы химия породила биологию. Гипотеза панспермии предполагает, что жизнь в виде одноклеточного организма занесена на Землю из космоса с объектами, которые гораздо старше Земли.

Как бы там ни было, известно, что на нашей планете много видов одноклеточных организмов сосуществуют с множеством видов многоклеточных организмов. Согласно современным представлениям, базирующимся на генетике, все биологические объекты на Земле относятся к единственному древу жизни. А сама жизнь как уникальное явление, поддерживающееся уже примерно четыре миллиарда лет, обязана важной способности – умению воспроизводить себя путем деления (митоз).

Тут я хочу прервать краткое изложение эволюции жизни и сделать важную заметку о том, что такое клетка.

Клетка – это некая обособленная область пространства, внутри которой происходит специфический, самоподдерживающийся процесс синтеза специализированных органелл, согласованное функционирование которых позволяет черпать энергию и строительные химикаты извне и перерабатывать их для обеспечения трех основных функций жизни: 1) роста; 2) размножения путем митоза (деления); 3) реагирования на внешние стимулы. Саму совокупность химических реакций внутри клетки обобщенно называют термином метаболизм.

Тебе должно быть известно, что самоподдерживающиеся циклические процессы имеют место и в физике и химии.

– Да, я когда-то читал про реакцию Белоусова. По крайней мере, помню, что он наблюдал, как спонтанно циклически меняется цвет жидкости. Я даже читал о том, что Алан Тьюринг, которого все мы знаем как теоретика компьютеров, написал специальную книгу, в которой объяснял узоры на теле животных случайными процессами, похожими на реакцию Белоусова. Наконец, я также читал, что процесс образования кристаллов некоторые специалисты рассматривают как предтечу жизни.

– Я рад такой твоей осведомленности. Но мне хотелось бы вернуться к клетке.

Структурно клетка отделена от внешнего пространства клеточной мембраной. Она проницаема для мелких химических элементов, воды и ионов, но непроницаема для относительно крупных химических молекул. В ней имеются специальные воротные механизмы из белков. У них есть два положения: открытое и закрытое. В закрытом положении мембранных ворот внутренняя часть (протоплазма с плавающими в ней органеллами) содержит все необходимое для поддержания метаболизма клетки.

Вообще, есть две разновидности клеток – безъядерная (прокариоты) и с ядром (эукариоты). Наши клетки относятся к эукариотам. Но некоторые клетки (например, клетки крови) во взрослом состоянии лишены ядра.

В ядре клетки находится наследственный аппарат – ДНК. У человека ДНК состоит примерно из 25 000 генов. Вся ДНК фрагментирована на неравные части в виде хромосом. У нас их 23 пары (т. е., 46 хромосом).

Число хромосом никак не связано со сложностью организации биологического объекта. Для подтверждения этой мысли приведу лишь несколько примеров. Наибольшее количество хромосом имеется у беспозвоночного морского животного радиолярия – 1600, у растения папоротника их 1200. Наименьшее – у одного вида муравьев (две у самки, одна у самца). У гороха (именно на нем Грегор Мендель открыл законы наследственности) число хромосом равно 12, у риса – 54, у кошки – 38, у собаки – 78, у коровы – 120. У наших ближайших родственников – шимпанзе и горилл – 48, у макак – 42.

На уровне ДНК генетические различия между разными людьми в 10 раз меньше, чем различия между человеком и шимпанзе. Генетические различия между мужчиной и женщиной обусловлены наличием Y-хромосомы у мужчин. В ней помещается всего 25 генов (в Х-хромосоме – от тысячи до полутора тысяч генов).

Не в обиду нам, мужчинам, будь сказано, что у женщин на 15–20 % больше серого вещества (нейронов) мозга. Хотя масса мозга у женщин, как правило, меньше, чем у мужчин, показатель интеллекта, определяемый в психологических тестах, не ниже. Просто мозг женщины в меньшем объеме содержит больше активных элементов. Зато у мужчин есть два других преимущества: больше белого вещества и внутримозговой жидкости. Белое вещество – межнейронные «кабели» – позволяют лучше распределять задачи между разными отделами мозга. Внутримозговая жидкость, содержащаяся в желудочках мозга, амортизирует удары по голове. Нашим предкам это качество было нужнее, чем нам с тобой!

Таким образом, число хромосом скорее указывает на зигзаги пройденного эволюционного пути организма, чем отражает его организационную сложность. Это утверждение тем более ценно в связи с тем, что большинство генов вида, в том числе наших, не являются активными, т. е. не кодируют белки. Дискуссии относительно эволюционной роли молчащих генов не утихают.

– А что такое митохондриальные болезни, и почему они передаются только по материнской линии?

– Я собирался о митохондриях поговорить другой раз. Но раз уж вопрос задан – отвечаю.

Митохондрии – это органеллы, в которых есть собственные гены. В мужской половой клетке – сперматозоиде – митохондрий очень мало, и то они лишь служат для того, чтобы сперматозоид получал энергию, необходимую для того, чтобы, крутя хвостиком-мотором, доплыть до яйцеклетки. Зато в яйцеклетке довольно много митохондрий. В процессе образования всех специализированных клеток тела из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), а также при всех последующих актах митоза унаследованные от яйцеклетки митохондрии предварительно удваиваются и передаются дочерней клетке. Это что касается сути наследования митохондриальных генов.

Прежде чем перейти к митохондриальным заболеваниям, замечу о любопытном генетическом исследовании, проведенном после того, как в начале XXI века геном человека был расшифрован. Исследование проводилось с привлечением людей обоих полов всех рас и этнических групп. Оказалось, что все ныне живущее человечество – это потомки одной женщины (ее назвали митохондриальной Евой), жившей в центральной Африке около 200 тысяч лет до нас. Из этого также следует, что те митохондриальные болезни, которые проявляются лишь в отдельных этнических группах, являются результатом поздних мутаций.

– Забавно, а был ли Y-хромосомный Адам?

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.