Поговорка «Полна чудес могучая природа» должна быть в первую очередь отнесена к клетке. Живая клетка выполняет целый ряд функций, для которых она приспособлена: растет, питается и воспроизводит себя, поддерживая жизнь. Это, безусловно, чудо природы.
Клетка содержит электролит, имеет мембраны — своеобразные двойные слои, в специализированных клетках протекают электрохимические процессы, распространяются электрические сигналы.
Биофизики моделируют процессы, происходящие в клетках, а эти модели интересны геофизикам, изучающим электрохимические явления в горных породах. И у биофизиков, и у геофизиков есть свои мысли, но если обменяться отдельными идеями, то могут появиться новые открытия.
Что же думают биологи о клетке? Одни из них говорят о грани между живым и неживым, противопоставляют клетку кристаллам, другие высказывают интересные мысли и гипотезы минералогического характера, основанные на анализе физико-химических закономерностей минералогии.
Поучительны и этапы проникновения в тайны клетки: сначала была установлена сетчатая структура живой ткани, а потом изучена отдельная ячейка — клетка.
Какие же мысли может пробудить изучение клетки у геолога, минералога или электроразведчика?
Различные формы клетки. Развитие представлений о клеточном строении растений.
а — клетки-пустоты в непрерывном растительном веществе (Гук Р., 1665 г.); б — стенки клеток или пузырьков построены из переплетенных волокон, образующих ткань (Грю Н., 1682 г.); в — каждая клетка имеет собственную оболочку (Линк Г.. Мольденхавер И., 1812 г.); г — образователь клетки — ядро («цитобласт»), исчезающее в процессе клеткообразования [Шлейден М., 1838 г.]
На кубический дюйм пробки Р. Гук насчитал 127 млн. 720 тыс. клеток. Он высказал мысль: не является ли такая клеточная структура общей для всех растений?
В книге доказывалась необходимость проведения исследований с помощью микроскопа. В ней описано всего 54 наблюдения, утверждающие микрографию как способ изучения природных объектов для ботаников, физиков, медиков, геологов. Ни Р. Гук, ни современники не выделили исследования пробки среди других, но потом клетки стали привлекать внимание исследователей. Так было положено начало цитологии. Если Р. Гук полагал клетки пустотами в непрерывном растительном веществе, то его коллега — врач Н. Грю взялся за более глубокие исследования растений с помощью микроскопа. В 1671 г. Н. Грю закончил работу над книгой «Начало анатомии растений». Он считал, что стенки клеток или пузырьков представлены переплетением волокон, образующих какое-то подобие текстильной ткани. Отсюда и возник научный термин «ткань». Ученый пришел к выводу, что ткани растений построены из однородных пузырьков.
В XVIII в. большое влияние на развитие науки оказали философы-энциклопедисты, которые высказывали мысль о единстве, живой природы. Попытки найти общее между растительным и животным миром привели к теориям об общности «пузырьков», «зернышек» и «клеток» и представлениям о том, что именно из них, из такой зернистой среды построен организм, а это содействовало формированию клеточной теории. В XIX в. путем исследований под микроскопом выяснили, что клетки являются структурными образованиями, которые имеют собственную оболочку. Обоснование клеточной теории дано М. Шлейденом (1838 г.) и Т. Шванном (1839 г.), которые выяснили, что из клеток, практически одинаковых по своему устройству, состоят тела как животных, так и растений. В 70—80-х годах прошлого столетия был открыт митоз — типичный способ клеточного деления. Чудеса природы открывались одно за другим.
Современная клеточная теория исходит из единства частного и целого: с одной стороны, из расчлененности организмов на клетки, а с другой — из целостности организма, основанной на взаимодействии клеток. Чем сложнее организм, тем более проявляется его целостность, которая у животных осуществляется с помощью высокоразвитой нервной системы, а у растений — другими путями: цитоплазматической связью клеток или с помощью межклеточной жидкости.
Из клеток, которые являются как бы основной функционирующей структурной единицей, состоят ткани, образующие тела всех животных.
Сейчас уже хорошо известно, что клетки разнообразных растений и животных, так же как и клетки разных органов одного и того же растения или животного, чрезвычайно разнообразны по размерам, форме, окраске и внутреннему строению, но все они вместе с тем имеют ряд общих особенностей.
Клетки различных тканей человека. 1 — эпителий; 2 — кровь (Э — эритроциты, Л — лейкоциты); 3 — хрящ; 4 — кость; 5 — собственно соединительная ткань (К — клетки, В — волокна); 6 — гладкая и 7 — поперечно-полосатая мускулатура; 8 — нервные клетки [по Карузиной И. П. Учебник биологии. М., Медицина, 1964, с. 18]
Данные химического анализа говорят, что в основном протоплазма (слизь) содержит 10—20% белков, жиров всего 2—3%. Уже долями процента выражается содержание сахара и нуклеиновых кислот. Остальное — вода, ее 75—86%. И здесь свои функциональные особенности. Вода является основой жизни, поскольку именно в водных растворах протекает большое количество реакций. По одной оценке их до 107, но точное число реакций определить сложно. Протоплазма хорошо проводит электричество — это ионный проводник, удельная электропроводность которого соответствует удельной электропроводности 0,15-молярного раствора поваренной соли. Следует отметить, что и в геологических процессах в воде идет большое количество реакций, так как она растворяет почти все вещества, а также является ионным проводником.
Структура протоплазмы очень сложна. Эта неоднородная среда находится в постоянном движении, она течет в оболочке клетки, перемещая за собой более мелкие органы клетки. Проф. Д. Бернал говорил о том, что для протоплазмы характерно определенное строение и со строением протоплазмы тесно связаны тайны жизни и что если разрушить этот комочек слизи, то останется безжизненная смесь органических веществ.
В сотых долях процента в теле человека содержатся йод, железо, натрий, хлор, магний, медь, марганец, кобальт. Их обнаружение крайне важно, поскольку показывает, что организм своими корнями крепко привязан к Земле — основному источнику неорганических элементов.
Клетки как растений, так и животных в структурном плане окружены оболочкой. И хотя клетки растений и животных в общем похожи, но есть и разница в том, что у растений оболочка клеток сложена из клетчатки — высокомолекулярного сахара, а у животных в основном из липидов.
Строение клетки. а — под световым микроскопом [по Карузиной И. П., 1964, с. 21]. А — схема типичной животной клетки, Б — схема типичной растительной клетки); б — под электронным микроскопом: 1 — комплекс Гольджи; 2 — вакуоли; 3 — хлоропласты; 4 — клеточный центр; 5 — цитоплазма; 6 — ядро; 7 — ядрышко; 8 — ядерная оболочка; 9 — митохондрии; 10 — клеточная оболочка; 11 — центриоли; 12 — эндоплазматическая сеть
Эукариотические клетки, согласно гипотезе, образовались из прокариотических клеток разных типов, положивших начало симбиозу. Это самый древний, по предположению, случай симбиоза.
Схема первой эукариотической клетки (по Л. Саган). 1 — структура типа 9 + 2; 2 — ядерный хроматин; 3 — митохондрии
И снова сошлемся на проф. Д. Бернала: «В течение колоссального периода существования нашей планеты — Земли, несомненно, должны были создаться такие условия, при которых могло бы осуществиться сочетание ранее разрозненных свойств в характерную для живых организмов комбинацию. Найти эти условия — значит объяснить происхождение жизни». Биологи ищут эти условия, создавая разнообразные гипотезы. Геология позволяет вынести на обсуждение еще одну гипотезу.
Но пока посмотрим, что же известно про клетку? Электронный микроскоп позволил заглянуть в глубь ядра. Одно из чудес природы состоит в сосредоточении в ядрах живых клеток генетической информации: в ядерных органеллах — хромосомах — размещены носители наследственных признаков. Справедливости ради, здесь нужно отметить Н. К. Кольцова, который первым в конце 20-х — начале 30-х годов высказал идею о наличии «наследственных молекул» — хромосом. Однако он считал, что носителями наследственной информации являются молекулы белка, которые вытянуты в цепочку и состоят из звеньев, представляющих собой цепочки аминокислот. В 1953 г. генетики Ф. Крик и Д. Уотсон подтвердили идею Н. К. Кольцова. Они расшифровали структуру «наследственных молекул» — ими оказалась дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Но суть дела от этого не изменилась. Нуклеиновые кислоты, состоящие из углерода, кислорода, водорода, азота и фосфора, были выделены в прошлом столетии из клеточных ядер. Позднее нуклеиновые кислоты были получены из протоплазмы. Молекула нуклеиновой кислоты имеет очень высокую относительную молекулярную массу, ее можно расщепить на части, получившие название нуклеотидов. Примерно так же молекула белка состоит из аминокислот. Особенностью ДНК является возможность ее деления на две части. Ошибка в выборе «наследственной молекулы» была связана с отсутствием электронного микроскопа. В период между делениями клеток ДНК не заметна. В период деления клетки ДНК видна хорошо. Но и сейчас идут последовательные уточнения, обсуждается вопрос о том, двойная ли спираль ДНК: появляются мнения о том, что это две незакрученные нити, что еще больше упрощает дело. Высказал это мнение тот же Ф. Крик. Есть соображения и у представителей геологических наук — кристаллографов о том, что ДНК —это не лента и не нить, а своеобразная структура, активно участвующая в воспроизведении белка.
Хромосомы — элементы ядра и, следовательно, клетки, органеллы ядра — это органы, которые управляют развитием организма с помощью особых веществ, включенных в тело хромосомы. Одной из первых вблизи Алис-Спрингс (Австралия) была обнаружена ископаемая зеленая водоросль, существовавшая 1 млрд. лет назад, относящаяся к числу древнейших организмов, имеющих ядро, о котором мы знаем. Сейчас число находок со следами древней жизни увеличивается, расширяя наши представления о существовании жизни. В область рассмотрения включаются и горные породы докембрия со следами «живого» углеродистого вещества [Сидоренко А. В., Сидоренко С. А., 1975 г.].
В хромосоме с помощью ДНК хранится генетическая информация о строении белков, свойственных организму определенного вида. Другое важнейшее свойство ДНК — способность к самовоспроизведению — обеспечивает как стабильность наследственной информации, так и ее непрерывность — передачу следующим поколениям. Оболочка ядра, отделяющая его содержимое от протоплазмы, состоит из двух мембран, пронизанных порами, — специализированных участков для транспорта некоторых соединений из ядра в протоплазму и обратно. Многие процессы происходят в протоплазме клетки при участии мембран эндоплазматической сети — основной синтезирующей системы клетки.
С помощью электронного микроскопа человек рассмотрел и другие органеллы клетки. Так, были выявлены митохондрии — поперечно-полосатые тельца, которых в каждой клетке насчитывается от десятков до нескольких тысяч и которые обеспечивают клетку энергией.
Схематическое изображение трех различных типов митохондрий в срезе. Слева — трубчатый, в середине — содержащий кристы, справа — часто встречающийся у растений переходный тип
Энергетика клетки во многом зависит от работы митохондрий. Внешняя мембрана митохондрии отделяет ее от протоплазмы, на внутренней происходят основные энергетические превращения веществ, в результате которых образуется соединение, богатое энергией, — аденозинтрифосфатная кислота (АТФ), универсальный переносчик энергии в клетке. Митохондрии содержат ДНК и способны к самовоспроизведению, но автономность митохондрий относительна, их воспроизведение и деятельность зависят от ядра. Продолжительность жизни митохондрий ограничена несколькими сутками. Обладая собственной генетической системой, митохондрии образуются только из митохондрий. Описано размножение митохондрий путем поперечного деления, а также почкования, при котором образуются так называемые промитохондрии — зачатки митохондрий. От такого кусочка — зачатка вырастает затем зрелая митохондрия. За счет энергии АТФ в клетке осуществляются различные синтезы, перенос и выделение веществ, механическая работа, регуляция процессов и т. д. Энергия передается другим органеллам клетки, которые, получив энергию, работают. Митохондрии действуют очень эффективно: 50% энергии, полученной от окисленного топлива, тратится на полезные функции. Мембраны митохондрии являются плохими проводниками электрического тока: они образованы электроизолирующими липидами. Поверхность плазматической мембраны растительной клетки покрыта, как правило, твердой внешней оболочкой, состоящей главным образом из полисахаридов: целлюлозы и некриновых веществ, Оболочки снабжены порами, через которые с помощью выростов протоплазмы соседние клетки связаны друг с другом. Оболочки клетки определяют механические свойства растения.
Дифференцированные растительные клетки имеют несколько вакуолей или одну центральную вакуоль. Содержимое вакуолей — раствор различных солей, углеводов, органических кислот, алкалоидов, аминокислот, белков, а также запас воды. В плазме растительной клетки имеются специальные органеллы — пластиды: лейкопласты (в них часто откладывается крахмал), хлоропласты (содержат в основном хлорофилл и осуществляют фотосинтез) и хромопласты. Пластиды, как и митохондрии, способны к самовоспроизведению.
Не следует думать, что электронный микроскоп решил все вопросы строения клетки. В устройстве клетки еще остаются свои секреты. К их числу относятся центриоли. Только недавно узнали, что центриоли функционируют как своеобразные часы клетки. В 1961 г. был открыт тимус — орган, вырабатывающий лимфоциты.
Рассмотренные ранее опыты с рыбами показали, что явление нервной проводимости связано с электрической активностью и проявляется путем циркуляции электрических импульсов в нервных тканях. Сами нервные ткани состоят из клеток, называемых нейронами. Один нейрон содержит тело клетки, представленное ее расширенной частью, содержащей ядро и отростки: дендриты, являющиеся входами, по которым к телу клетки подходят импульсы раздражения, и аксоны, служащие для передачи импульса от «Тела клетки к периферии. Когда смотришь на очертания дендритов и аксонов, то невольно вспоминаются контуры какой-нибудь структурно-тектонической карты: в их конфигурации есть что-то общее. Нейрон имеет размер 0,1 мм, у дендрита длина от долей миллиметра до десятков сантиметров при диаметре около 0,01 м. Число дендритов может достигать десятков или сотен. Аксоны достигают длины от долей миллиметра до 1,5 м (при передаче сигнала от спинного мозга в ногу или руку). Отростки состоят из протоплазмы и в свою очередь покрыты миелиновой оболочкой. Переход возбуждения по нервным волокнам от одной нервной клетки к другой осуществляется с помощью синапсов. Внешне они похожи на кнопки, употребляемые в застежках. Синапсы передают возбуждение в одном направлении: от конца аксона одного нейрона к дендриту другого, т. е. играют как бы роль своеобразного фильтра в цепи. Аксон и дендрит в синапсе не соприкасаются — между тем и другим есть промежуток.
Схема строения нейрона. 1 — тело клетки; 2 — клеточное ядро; 3 — дендриты; 4 — голый участок аксона; 5 — миелиновая оболочка; 6 — ядро неврилеммы; 7 — часть аксона вырезана; 8 — перехват Ранвье; 9 — аксон; 10 — синапсы
На рисунке изображены такие предсинапсовые нейроны, обозначенные буквой А, и послесинапсовые нейроны — Б. Синапсов может быть от одного до нескольких сотен, особенно много их в мозгу — до тысяч. Это специфические мембраны клетки.
Рассмотренные электрические органы рыб также содержат специализированные клетки, так называемые «электрические», которые происходят из мышечноподобных, нервных или железистых (от слова железа) клеток, появившихся в процессе эволюции. Сама электрическая клетка сильно уплощена, поэтому ее именуют электрической пластинкой. Каждая пластинка состоит из трех слоев: верхнего, содержащего ядро и имеющего волокнистую структуру, среднего — сетчатого и нижнего. Каждая пластина одета оболочкой. Форма электрических клеток сильно варьирует от цилиндрической до дисковидной. Электрические клетки электрического угря напоминают тонкие пластинки (толщиной 10 мкм) при длине 10 мм. Несмотря на разное происхождение, форму и размеры, для пластинок всех рыб характерным признаком является большая площадь поверхности и малая толщина.
Управление электрическими пластинками осуществляется с одной лицевой стороны, куда подходит множество нервных окончаний. С этой стороны находится мембрана клетки. Она управляет распределением ионов. С другой стороны к электрической пластинке подходят кровеносные сосуды.
В электрических пластинках происходит то же, что в обычных нервных или мышечных клетках. Асимметричное расположение положительных и отрицательных ионов К+, Na+, Cl— образует снаружи и внутри клетки характерный двойной слой, перепад потенциала на котором составляет 80 мВ при 20 °С. Под воздействием возбуждения, сопровождающегося образованием холинэстеразы, проницаемость мембраны электрической пластинки меняется, что влечет за собой перераспределение ионов внутри и снаружи мембраны и сопровождается характерным потенциалом действия, протекающим в течение нескольких миллисекунд и достигающим по амплитуде 115—150 мВ. Генерация электрического тока в электрических пластинах происходит за счет перераспределения ионов, находящихся по обе стороны от мембраны. Разность потенциалов в пластинке возникает на границе между студенистой массой ячейки и поверхностным слоем пластинки, в котором разветвляются нервные окончания. У пресноводных слабоэлектрических рыб мембраны возбуждаются и под действием электрических импульсов, тогда как у морских — только под действием химических агентов.
Биофизик В. Р. Протасов считает, что генерируемые разными клетками импульсы различаются по величине и форме в связи с разной поверхностью клеток и разным характером их возбуждения.
Расскажем об оболочках мембраны и их функциях. От внеклеточной среды клетка отделена оболочкой — плазматической мембраной, через которую происходит поступление ионов и молекул в клетку и выделение их из клетки. Клетки и органеллы имеют свои мембраны. Эти биологические структуры выполняют очень важные функции: накопление энергии, обеспечение проницаемости пищевых веществ и продуктов обмена, участие в процессах воспроизводства белков и т. д. Пока строение и функции мембраны разгаданы не до конца. Считается, что мембраны также развивались в процессе эволюции. Различия мембран разных органелл определяются свойствами образующих их белков и липидов.
Эндоплазматическая сеть — ветвистая система каналов и полостей, которые имеют размер до 500А и более, пронизывающая цитоплазму и отделенная от нее мембранами толщиной 75А. К некоторым мембранам эндоплазматической сети прикреплены рибосомы. Здесь происходит синтез белка. В каналах эндоплазматической сети могут временно накапливаться продукты жизнедеятельности. Вспомним между прочим, ветвистые системы неживой природы — в них копятся руды, протекают рудообразующие растворы, через них выходят газы из глубин недр.
Первые модели биологических мембран схематически изображались как двухслойные белково-липидные образования, показанные на рисунке. Этот рисунок, как и ряд других биологических, приведен здесь для того, чтобы геологи попробовали, анализируя геометрию просмотренных ими минералогических форм, установить определенные аналогии, создать свои модели и гипотезы: ведь в геологических электрохимических процессах двойные слои играют активную, на сегодня не до конца выясненную роль.
Биологические мембраны играют большую роль в процессах, происходящих в жизни клетки, включая и электромагнитные процессы. Клеточные оболочки состоят из липидов, имеющих свойства электрических изоляторов. Толщина отдельных мембран составляет 50—100Å, и на каждой из них образуется разность потенциалов до 0,1 В, а это создает внутримембранные поля до 100 тыс. В/см. Мембранный потенциал образуется из-за избирательной электропроводности мембран для различных ионов. Электрическое поле внутри мембраны имеет большое значение и создает потоки необходимых веществ из клетки в наружную среду и наоборот. Строение и функции мембран сегодня довольно хорошо изучены, делаются лабораторные модели мембран. Одна из моделей показана на рисунке.
![Модель жидкомозаичной структуры мембраны [по Бреслеру С. Е., 1977 г.] и ее схема](https://www.activestudy.info/wp-content/uploads/2018/02/geonika-17.gif)
Модель жидкомозаичной структуры мембраны [по Бреслеру С. Е., 1977 г.] и ее схема. Молекулы липидов образуют двойные слои — основу мембраны. Полярные группы липидов показаны в виде кружочков, белки — в виде островков, частично пронизывающих мембрану насквозь
Рассмотрим вопрос о влиянии магнитного поля на биологические молекулы. Сами биологические молекулы немагнитны и даже диамагнитны. Секрет состоит в том, что часть органических соединений из числа известных образуют жидкие кристаллы при определенных температурах, к их числу относятся липиды. При образовании жидкого кристалла молекулы составляются в домены — упорядоченные области. При действии магнитного поля домены должны будут перестраиваться так, чтобы длинная ось молекул совпала с направлением магнитного поля. И здесь в ориентационных эффектах возможно его действие. Так, магнитные поля 100—1000 Э влияют на фотопроводимость, люминесценцию и фотохимические реакции, в которых участвуют парамагнитные молекулы, например кислород. В поле напряженностью 10 тыс. Э, как показали исследования биофизиков Р. Шанье и А. Халазонитиса, ориентируются палочки из глаза лягушки, взвешенные в физиологическом растворе. Один из возможных механизмов действия магнитного поля на клетку уже был рассмотрен.
Молекулы белка имеют электрические заряды. В поле постоянного тока происходит их перемещение. В действии полей кроется отгадка направленного, векторного распределения мембранных структур.
Ориентационные явления в липидной мембране существенны для понимания действия электрического и магнитного полей на биологические структуры. Но здесь возникает вопрос: а если будут действовать два поля сразу, электрическое и магнитное, — так часто бывает в природе, — какая будет реакция? Ориентационные явления в электрических полях также ведут к перестройке структур мембраны. Тут мембраны выступают важным фактором структуры, реагирующей на действие поля. Мембраны изучаются в бионике и как прообразы технических моделей полупроницаемых пленок. Они могут быть в перспективе и моделями новых датчиков поля.
Как же синтезируется (кристаллизуется) белок? Если на воспроизведение белка смотреть глазами кристаллографа, то можно обратить внимание, что здесь идет процесс, похожий на кристаллизацию на имеющейся затравке.
Кстати, идеи кристаллизации белка высказывались и биологами. Н. К. Кольцов в 1927 г. говорил: «Теперь мы можем прибавить еще один новый тезис: каждая белковая молекула возникает в природе из белковой молекулы путем кристаллизации вокруг нее из находящихся в растворе аминокислот и других белковых обломков; «каждая молекула — от молекулы». Ничего специфически жизненного здесь нет, так как ориентация процесса кристаллизации перенасыщенных растворов в определенном направлении путем затравки кристалликами определенной формы — есть явление, хорошо известное кристаллографам. Так та или иная модификация кристаллической серы возникает из пересыщенного раствора в зависимости от того, какого рода кристаллик серы брошен в раствор в виде затравки».
Итак, для синтеза белка нужно сырье — это аминокислоты. Они попадают в клетки животных из переваренной пищи (растительные клетки вырабатывают их сами). Нужна энергия — здесь используется энергия солнца. Разрыв молекул АТФ дает необходимую энергию. Нужен аналог затравки для кристаллизации — он есть в виде РНК и аналога кристаллизатора, его можно представить частично в виде рибосомной структуры — полирибосомы.
Сам по себе нуклеотид содержит азотистые соединения (пуринового или пиримидинового основания), углеводный остаток — сахар (рибозу или дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты. При помощи последнего нуклеотиды соединяются между собой в цепочку. В одной и той же молекуле нуклеиновой кислоты нуклеотиды могут отличаться друг от друга своим азотистым основанием. Располагаясь в нуклеиновых кислотах в разной последовательности, нуклеотиды как бы служат особым кодом, который записывает биохимическую информацию, предопределяющую последующий синтез специфических белков, определяющих в свою очередь характерные биохимические и биологические свойства каждого организма.
Различают два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие углеводный остаток дезоксирибозы, и рибонуклеиновые кислоты (РНК), содержащие остаток рибозы. ДНК содержатся в основном в клеточном ядре и составляют значительную часть его сухой массы РНК, по-видимому, образуются в ядре, но содержатся и в протоплазме. Две нити ДНК соединены в одну спирально закрученную молекулу. В случае деления клетки все ее хромосомы и заключенные в них молекулы ДНК удваиваются. При этом каждая новая клетка получает копию с ДНК и с хромосом родительской клетки. Спираль ДНК раскручивается, связи между азотистыми соединениями — перекладинами, соединяющими две половины молекулы, — разрываются и, по образному выражению писателя-биолога И. И. Акимушкина, обе составляющие ее цепочки расходятся, как половинки расстегнутого замка типа «молния». Далее половинки ДНК начинают «вытаскивать» из имеющегося, как говорят кристаллографы, кристаллизационного раствора (в нашем случае азотистых оснований) молекулы, необходимые для постройки второй половинки замка-«молнии». То есть сначала происходит деление ДНК, обусловленное ничем иным, как физико-химическими свойствами, а затем происходит фактически регенерация, восстановление до первоначального вида двойной спирали. Поэтому вновь образовавшаяся клетка получает полный набор наследственной информации, тождественный набору информации, имевшемуся в материнской клетке.
Копирование при синтезе белков происходит так же, как при воспроизведении, регенерации ДНК. В этом случае половинки ДНК восстанавливают рядом с собой РНК, но ДНК существенно длиннее РНК. Поэтому вдоль одной ДНК образуется сразу большое число молекул РНК. Получив копию со своей родоначальницы ДНК, молекулы РНК попадают в раствор. Впоследствии они «руководят» сборкой (кристаллизацией?) белков. Здесь наблюдаются как бы элементы сложного многоступенчатого процесса кристаллизации. Фактически в ядре на ДНК формируется лишь так называемая информационная РНК (мРНК), являющаяся промежуточной формой. Она поступает в протоплазму и прикрепляется к рибосоме, а затем к ней прикрепляются молекулы транспортных РНК (тРНК), каждая из которых несет свою аминокислоту — составную часть белка. В результате аминокислоты автоматически выстраиваются в том порядке, который продиктован последовательностью оснований в РНК-посреднике. Теперь аминокислоты соединяются, и цепочка из них готова.
Рибосомы, всегда участвующие в синтезе белка, связаны в группы, причем все они прикреплены к одной цепи информационной РНК. Эта комплексная структура названа полирибосомой, она как раз и является производителем белка. Если мы отделим полирибосомы от свободных, не объединенных в группы рибосом, то обнаружим, что синтез белка идет в полирибосомах. Одна молекула информационной РНК участвует одновременно в синтезе нескольких молекул белка.
Схема, поясняющая синтез белка на полирибосоме
Рибосома прикрепляется к информационной РНК с одного конца и «прокатывается» вдоль по цепи до другого конца. Достигнув дальнего конца, она «соскакивает» с цепи, и в этот миг в раствор добавляется вновь синтезированная молекула белка. Этот момент показан на схеме. То есть здесь произошла как бы своеобразная кристаллизация белка: информационная РНК сыграла роль затравки, транспортные РНК подготовили материал, а полирибосомы сыграли роль кристаллизаторов, в которые попали подготовленные материалы — аминокислоты и где все объединилось в белок. Рибосому иногда называют автоматом по синтезу белка, но в равной степени к ней подходит и термин кристаллизатор белка.
Когда все ДНК произведут подобных себе, клетка делится, при этом в ход идет микромеханизм, приводимый в движение энергией, аккумулированной клеткой в процессе жизнедеятельности.
Биологи говорят примерно так: структура ДНК напоминает матрицы и с этих матриц производится печать. Но это лишь аналогия. В таком же плане может происходить и естественный процесс кристаллизации. «Затравка кристалла» — небольшой кусочек кристалла, опущенный в соответствующий раствор, способствует началу кристаллизации. Из сродственного затравке раствора «высасываются» необходимые «частички» будущего кристалла. Может быть, «кристаллизация» — термин более подходящий и единообразный. Ведь ДНК находится в клетке, как в кристаллизаторе, затравка в сродственной среде. Правда, в биологической среде все происходит существенно сложнее: затравка используется многократно.
Так возможно представить процесс кристаллизации белка. Здесь последовательно «снимаются копии затравок» — центров для кристаллизационных процессов. Биологи часто пользуются и термином «синтез», который имеет химическое происхождение и означает целенаправленное получение из более простых веществ более сложных. Своеобразным синтезом является также и процесс образования кристаллов — тел, атомы и молекулы которых воспроизводят упорядоченную структуру.
Источник: Г.С. Франтов. Геология и живая природа. (Уровни организации вещества, бионика и геоника, клетки и газово-жидкостные включения). Изд-во «Недра». Ленинград. 1982