CHITAT-KNIGI.COM
Читать бесплатно хорошую книгу!
  • Главная
  • Жанры
  • Авторы
  • ТОП книг
  • ТОП авторов
  • Контакты

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Часть 17 из 73 Информация о книге

Глава 5. Мембраны: жидкая кожа

Вы развились из единственной клетки – оплодотворенной яйцеклетки. Она разделилась на две клетки, из которых образовались четыре, а затем, после множества делений, перестроений и формоизменений, у вас появилось тело, состоящее из десятков триллионов клеток. И каждая из них ограничена мембраной. Мембрана не только отделяет внутренности клетки от среды, но и служит ареной для контактов клетки с окружением, транспортировки химических веществ и обмена сигналами с соседками.

Мембраны есть и внутри клетки: они ограничивают разные органеллы («маленькие органы»). К органеллам относится, в частности, ядро – хранилище вашего хромосомного набора (крупный овал на рисунке). В органелле под названием эндоплазматический ретикулум, похожей на длинный извилистый мембранный лабиринт (темная сеть каналов), синтезируется множество белков. В митохондриях (небольшие эллипсы с волнистым содержимым) клетка производит вещества, запасающие и переносящие энергию; у этих органелл две мембраны – ровная внешняя и складчатая внутренняя. Однако не у всех существ есть мембранные органеллы [30]: у бактерий и архей, двух из трех доменов живой природы, их нет. Органеллы, однако, широко распространены в третьем домене, у эукариот, к которым относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы вроде амеб.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_040.jpg

Каждая клеточная мембрана, в сущности, лист толщиной всего в несколько миллиардных метра, состоящий из липидов. Есть в ней и белки, которые либо пронизывают мембрану, создавая в ней поры, либо примыкают к ней (см. рисунок поперечного среза мембраны). На гены мембранных белков приходится около трети белок-кодирующей части человеческого генома1. Эти белки управляют значительной частью биологической активности и чаще всего становятся фармацевтическими мишенями. Но все же мембраной мембрану делают липиды. Учитывая всю важность мембран, можно было бы ожидать, что их строение четко прописано в геноме и отслеживается каким-то внутренним надзорным механизмом. В действительности, однако, все пускается на самотек: белки производят липиды, а остальное делает самосборка. Физических взаимодействий липидов и воды достаточно, чтобы создать надежный, но динамичный материал. Прежде чем мы узнаем свойства мембран и секреты их образования, давайте рассмотрим что-то более знакомое.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_041.jpg
Как создать мембрану

Масло и вода не смешиваются. Если взболтать бутылку с уксусной салатной заправкой, масло быстро соберется в капельки. Предоставленные сами себе, молекулы масла держатся других молекул масла, а молекулы воды – других молекул воды. Как мы узнали из второй главы, вещества вроде масел и жиров, которые отделяются от воды, называются гидрофобными («боящимися воды»), а вещества вроде сахара и уксуса, которые смешиваются с водой, – гидрофильными («любящими воду»).

Липиды и гидрофобны, и гидрофильны. У каждой молекулы липида есть «головка», которая любит воду, и «хвост», которому вода не нравится. Хвост обычно состоит из двух цепочек, химически схожих с молекулами масла [31]. Есть и другие знакомые вам вещества с такими амфифильными наклонностями («любящие и то, и другое»): каждая молекула мыла состоит из гидрофильной головки и гидрофобной хвостовой цепочки – вместе они позволяют мылу цепляться и за жирную грязь, и за воду, которая ее смывает.

Липиды в воде страдают от противоречия, обусловленного их строением: их головки счастливы, а хвосты – нет. Чтобы защитить свои хвосты от воды, молекулы липидов головками наружу спонтанно объединяются в двуслойную листовую структуру. Такой липидный бислой формирует основу всех клеточных мембран.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_042.jpg

Липидные мембраны обладают примечательными физическими свойствами. По сути, они двумерны: толщина бислоя приближается к 5 нанометрам (то есть он примерно в 20 тысяч раз тоньше обычного листа бумаги), при этом его протяженность может во много тысяч раз превышать толщину. Мембраны пластичны и способны изгибаться в трех измерениях, причем клетки тщательно контролируют их кривизну.

Мембрана может напомнить вам полиэтиленовый пакет: она такая же тонкая и гибкая. Но между ними есть важное различие. Если маркером поставить точку на пакете, отвернуться и снова посмотреть на него через несколько минут, точка останется на прежнем месте. Если проделать то же самое с липидной мембраной, точка расплывется, а затем исчезнет: помеченные молекулы просто разбредутся по мембране. Липидные бислои и клеточные мембраны в целом – это двумерные жидкости. Подобно тому как молекулы воды в жидкости плавают, не зафиксированные друг относительно друга, липиды и белки перемещаются в пределах мембраны. Эта мобильность, как и другие важные физические свойства мембран, обусловлена природой бислоя: липиды не жестко сцеплены друг с другом, а просто объединяются, чтобы оберегать свои гидрофобные части от воды. Ничто не мешает молекулам петлять между соседками, пока гидрофобная сердцевина бислоя не вступает в контакт с водой.

Молекулярная мобильность – удивительная черта: компоненты мембраны могут перегруппировываться, взаимодействовать друг с другом и даже формировать характерные структуры, помогающие клеткам выполнять разные задачи.

Поразительный пример этого можно наблюдать в вашей иммунной системе, когда Т-клетки взаимодействуют с антигенпредставляющими клетками (АПК)2. АПК захватывают белки из своего окружения, нарезают их и выставляют фрагменты напоказ, прикрепляя их к своим мембранным белкам, торчащим над клеточной поверхностью [32]. Т-лимфоциты встречаются с АПК, вступают в контакт и изучают представленные им фрагменты, чтобы определить, нормальные ли это молекулы вашего организма или части кого-то чужого, например бактерии или вируса. Во втором случае Т-клетки активируют вашу иммунную систему, подталкивая защитные механизмы к борьбе с очевидным вторжением. Такая реакция на фрагменты чужеродных белков предполагает динамичный молекулярный танец в зоне контакта Т– и АП-клеток: адгезивные белки их мембран связываются друг с другом и начинают сбиваться в группу.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_043.jpg

Вокруг них постепенно группируются другие белки – выставляющие или распознающие фрагменты, то есть участвующие в межклеточной сигнализации. Если представить, что взаимодействие двух клеток происходит в плоскости этого листа, то начальная расстановка белков будет выглядеть так, как показано на рисунке слева (адгезивные белки там темные, а сигнальные – светлые). Через несколько минут эта «мишень» инвертируется: сотни сигнальных белков стекутся к центру, а адгезивные окружат их кольцом (правая расстановка).

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_044.jpg

Эту структуру – иммунологический синапс – обнаружили в середине 1990-х и с тех пор активно изучали, как формируются такие пространственные паттерны и как Т-клетка транслирует их в сигнал собственной активации. Кроме того, ученые обнаружили подобные синапсы и в зонах контакта между иммунными клетками, передающими вирус Т-клеточного лейкоза человека (Т-лимфотропный вирус) либо вирус иммунодефицита человека (ВИЧ, который вызывает СПИД)3. Очевидно, эти вирусы научились взламывать структурообразующий механизм клеток, которые они заражают. Не вдаваясь в тонкости формирования синапсов, отметим лишь, что если бы они не находились в двумерной жидкости, то сигнальные и адгезивные белки Т-лимфоцитов и многие другие мембранные белки прочих клеток не могли бы выполнять динамичные пространственные перестроения, которые требует от них природа.

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 37
    • Корпоративная культура 3
    • Личные финансы 5
    • Маркетинг, PR, реклама 8
    • О бизнесе популярно 19
    • Управление, подбор персонала 2
    • Экономика 3
  • Детективы и триллеры 706
    • Боевики 102
    • Дамский детективный роман 9
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 70
    • Исторические детективы 138
    • Классические детективы 45
    • Криминальные детективы 58
    • Крутой детектив 36
    • Маньяки 7
    • Политические детективы 19
    • Полицейские детективы 112
    • Прочие Детективы 195
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 413
    • Шпионские детективы 27
  • Детские 92
    • Детская образовательная литература 3
    • Детская проза 38
    • Детские остросюжетные 14
    • Детские приключения 41
    • Детские стихи 3
    • Прочая детская литература 11
  • Детские книги 206
    • Детская фантастика 71
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 52
  • Документальная литература 218
    • Биографии и мемуары 142
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 3
    • Критика 2
    • Научпоп 2
    • Прочая документальная литература 21
    • Публицистика 66
  • Дом и Семья 42
    • Домашние животные 3
    • Здоровье и красота 9
    • Кулинария 5
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 2
    • Эротика и секс 20
  • Драматургия 8
    • Драма 8
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 1
    • Базы данных 1
  • Любовные романы 9826
    • Исторические любовные романы 292
    • Короткие любовные романы 772
    • Любовно-фантастические романы 4604
    • Остросюжетные любовные романы 136
    • Порно 25
    • Прочие любовные романы 18
    • Слеш 194
    • Современные любовные романы 4218
    • Фемслеш 15
    • Эротика 1918
  • Научно-образовательная 103
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 2
    • Биология 12
    • Биофизика 1
    • Ботаника 1
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Детская психология 2
    • Зоология 1
    • Культурология 12
    • Литературоведение 9
    • Медицина 13
    • Обществознание 2
    • Педагогика 2
    • Политика 12
    • Прочая научная литература 19
    • Психотерапия и консультирование 3
    • Религиоведение 2
    • Секс и семейная психология 4
    • Технические науки 1
    • Физика 3
    • Философия 7
    • Химия 1
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 233
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 109
    • Карьера 4
    • Психология 126
  • Поэзия и драматургия 11
    • Драматургия 5
    • Поэзия 6
  • Приключения 195
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 107
    • Морские приключения 26
    • Природа и животные 13
    • Прочие приключения 43
    • Путешествия и география 11
  • Проза 609
    • Антисоветская литература 1
    • Военная проза 28
    • Историческая проза 99
    • Классическая проза 56
    • Контркультура 4
    • Магический реализм 24
    • Новелла 4
    • Повесть 10
    • Проза прочее 6
    • Рассказ 34
    • Роман 43
    • Русская классическая проза 21
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 2
    • Советская классическая проза 24
    • Современная проза 657
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 1
  • Прочее 329
    • Газеты и журналы 1
    • Изобразительное искусство, фотография 5
    • Кино 1
    • Музыка 1
    • Фанфик 321
  • Религия и духовность 57
    • Буддизм 1
    • Религия 7
    • Самосовершенствование 13
    • Эзотерика 38
  • Справочная литература 14
    • Прочая справочная литература 1
    • Путеводители 4
    • Руководства 4
    • Справочники 6
    • Энциклопедии 2
  • Старинная литература 28
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 9
    • Прочая старинная литература 15
  • Фантастика и фентези 8945
    • Альтернативная история 1225
    • Боевая фантастика 2041
    • Героическая фантастика 487
    • Городское фэнтези 493
    • Готический роман 1
    • Детективная фантастика 219
    • Ироническая фантастика 61
    • Ироническое фэнтези 50
    • Историческое фэнтези 134
    • Киберпанк 76
    • Космическая фантастика 535
    • Космоопера 10
    • ЛитРПГ 522
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 140
    • Научная фантастика 359
    • Попаданцы 2546
    • Постапокалипсис 287
    • Сказочная фантастика 2
    • Социально-философская фантастика 147
    • Стимпанк 43
    • Технофэнтези 13
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 244
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 83
    • Фэнтези 4843
    • Эпическая фантастика 101
    • Юмористическая фантастика 478
    • Юмористическое фэнтези 279
  • Фольклор 1
    • Народные сказки 1
  • Юмор 62
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 24
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 31
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • [email protected]
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2025. | Вход
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая пользоваться сайтом, вы даете свое согласие на работу с этими данными в соответствии с нашей политикой конфиденциальности.
Я согласен