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 71
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 7
    • Малый бизнес 1
    • Маркетинг, PR, реклама 13
    • О бизнесе популярно 40
    • Управление, подбор персонала 6
    • Экономика 8
  • Детективы и триллеры 1229
    • Боевики 151
    • Дамский детективный роман 12
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 93
    • Исторические детективы 224
    • Классические детективы 89
    • Криминальные детективы 90
    • Крутой детектив 60
    • Маньяки 9
    • Политические детективы 27
    • Полицейские детективы 144
    • Прочие Детективы 352
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 594
    • Шпионские детективы 39
  • Детские 162
    • Детская образовательная литература 4
    • Детская проза 64
    • Детские остросюжетные 23
    • Детские приключения 77
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 28
  • Детские книги 277
    • Детская фантастика 101
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 95
  • Документальная литература 364
    • Биографии и мемуары 227
    • Военная документалистика 2
    • Искусство и Дизайн 7
    • Критика 5
    • Научпоп 6
    • Прочая документальная литература 30
    • Публицистика 122
  • Дом и Семья 87
    • Домашние животные 5
    • Здоровье и красота 15
    • Кулинария 13
    • Прочее домоводство 3
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 2
    • Спорт 3
    • Хобби и ремесла 3
    • Эротика и секс 45
  • Драматургия 33
    • Драма 32
    • Киносценарии 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 3
    • Базы данных 1
    • Программное обеспечение 1
    • Прочая компьютерная литература 1
  • Любовные романы 14078
    • Исторические любовные романы 453
    • Короткие любовные романы 1187
    • Любовно-фантастические романы 6341
    • Остросюжетные любовные романы 334
    • Порно 42
    • Прочие любовные романы 32
    • Слеш 261
    • Современные любовные романы 5880
    • Фемслеш 27
    • Эротика 3072
  • Научно-образовательная 170
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 15
    • Биофизика 2
    • Биохимия 2
    • Ботаника 2
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Государство и право 1
    • Детская психология 4
    • Зоология 2
    • Культурология 25
    • Литературоведение 12
    • Медицина 19
    • Обществознание 4
    • Педагогика 7
    • Политика 14
    • Прочая научная литература 31
    • Психотерапия и консультирование 17
    • Религиоведение 4
    • Секс и семейная психология 7
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 13
    • Химия 2
    • Юриспруденция 5
    • Языкознание 6
  • Образование 312
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 157
    • Карьера 4
    • Психология 158
  • Поэзия и драматургия 16
    • Басни 1
    • Драматургия 5
    • Поэзия 10
  • Приключения 329
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 183
    • Морские приключения 38
    • Природа и животные 15
    • Прочие приключения 80
    • Путешествия и география 29
  • Проза 1038
    • Антисоветская литература 3
    • Афоризмы 1
    • Военная проза 50
    • Историческая проза 155
    • Классическая проза 67
    • Контркультура 9
    • Магический реализм 41
    • Новелла 5
    • Повесть 16
    • Проза прочее 9
    • Рассказ 42
    • Роман 61
    • Русская классическая проза 33
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 4
    • Советская классическая проза 35
    • Современная проза 928
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 2
  • Прочее 646
    • Газеты и журналы 3
    • Изобразительное искусство, фотография 6
    • Кино 3
    • Музыка 2
    • Театр 1
    • Фанфик 632
  • Религия и духовность 117
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Прочая религиозная литература 1
    • Религия 9
    • Самосовершенствование 36
    • Эзотерика 73
  • Справочная литература 26
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 7
    • Руководства 6
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 6
  • Старинная литература 56
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 18
    • Прочая старинная литература 34
  • Техника 2
    • Автомобили и ПДД 1
    • Архитектура 1
  • Фантастика и фентези 13886
    • Альтернативная история 1953
    • Боевая фантастика 2866
    • Героическая фантастика 734
    • Городское фэнтези 905
    • Готический роман 3
    • Детективная фантастика 343
    • Ироническая фантастика 76
    • Ироническое фэнтези 61
    • Историческое фэнтези 227
    • Киберпанк 132
    • Космическая фантастика 846
    • Космоопера 17
    • ЛитРПГ 743
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 241
    • Научная фантастика 503
    • Попаданцы 4263
    • Постапокалипсис 443
    • Сказочная фантастика 8
    • Социально-философская фантастика 247
    • Стимпанк 67
    • Технофэнтези 34
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 370
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 131
    • Фэнтези 6671
    • Эпическая фантастика 150
    • Юмористическая фантастика 652
    • Юмористическое фэнтези 579
  • Фольклор 3
    • Народные сказки 3
  • Юмор 89
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 34
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 49
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • chitatknigicom@gmail.com
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2021 - 2026. | 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