Wat is een kooi?

In 1665 bouwde de Engelsman Robert Hooke een apparaat dat we een microscoop noemen. Zoals elke nieuwsgierige persoon, en wetenschappers verschillen van een gewone sterveling onder andere voordelen en deze kwaliteit, begon Hooke alles te onderzoeken wat binnen handbereik kwam door een microscoop.

Twee jaar later kwam hij een kurk tegen. Hij maakte zijn dunste snee en ... nog een ontdekking. Zijn ogen zagen de interne structuur van de kurk, die op een honingraat leek. Hij noemde deze kleine cellen "Cellen", wat in het Russisch cellen, nesten, honingraten, cellen betekent, in één woord iets afgeschermd, geïsoleerd van de rest. Deze term werd door de wetenschap overgenomen, omdat hij verrassend nauwkeurig de eigenschappen van elementaire deeltjes van levende wezens weergeeft. Dit werd echter veel later duidelijk. Ondertussen detecteren verschillende onderzoekers cellen in verschillende objecten. Het idee van de universaliteit van de structuur van levende materie hangt in de lucht.

Bioloog na bioloog bevestigen: zo en zo bestaat een levend organisme uit cellen. Het aantal observaties groeit. Een beetje meer, en kwantiteit moet in kwaliteit veranderen. Het duurde echter "een beetje" bijna 100 jaar. Pas in 1838-1839 durven de botanicus Schleiden en de anatoom Schwann te veralgemenen: "Alle levende organismen zijn samengesteld uit cellen." Zeggen "alles", de wetenschap duurde meer dan een eeuw, maar dit is het verschil tussen de som van waarnemingen en de wetenschappelijke theorie die ze generaliseert.

En toch kon de cellulaire theorie nog niet als gecreëerd worden beschouwd. Het essentiële punt bleef onduidelijk: waar de cellen zelf vandaan komen. Biologen hebben hun verdeeldheid herhaaldelijk waargenomen en zelfs beschreven. Maar het kwam nooit bij iemand op dat dit proces de geboorte van nieuwe cellen is. Een moderne onderzoeker merkte in dit verband terecht op: "Observatie wordt zelden herkend als het ons dwingt om onredelijke conclusies te trekken, en de bewering dat elke cel ontstaat als gevolg van de deling van een andere, voorheen bestaande, leek volkomen onredelijk."

^{Het moderne schema van de structuur van de cel, gebaseerd op elektronenmicroscopische waarnemingen: 1 - kern; 2 - nucleolus; 3 - nucleaire envelop; 4 - cytoplasma; 5 - centriolen; 6 - endoplasmatisch reticulum; 7 - mitochondriën; 8 - cels schaal.}

En toch werd in 1859 een "onredelijk" postulaat geformuleerd, dat de basis legde voor een nieuwe celbiologie: "Elke cel komt uit een cel".

De microscoop van Robert Hooke werd 100 keer vergroot. Het was genoeg om de kooi te zien. 300 jaar later, in 1963, vergroot een elektronenmicroscoop een cel 100 duizend keer. Dit is al genoeg om haar te overwegen. Het verschil is, zoals natuurkundigen zeggen, slechts drie ordes van grootte. Maar achter hen ligt een complex en moeilijk pad van beschrijvende biologie naar moleculaire biologie, van de eerste kennismaking met de cel tot een gedetailleerde studie van zijn structuren.

De figuur toont een cel gezien door een moderne elektronenmicroscoop. De lezer moet geduld hebben: nu volgt haar "inventaris".

We beginnen met de schaal. Ze is een gewoonte in een kooi. De schelp bewaakt waakzaam dat op dit moment onnodige stoffen niet de cel binnendringen; integendeel, de stoffen die de cel nodig heeft, kunnen op zijn maximale hulp rekenen. De kern bevindt zich ongeveer in het midden van de cel. Waar het in "drijft" is het cytoplasma, met andere woorden, de inhoud van de cel. Helaas kunnen we aan deze verre van uitputtende definitie weinig toevoegen. We kunnen zelfs de meest elementaire vragen niet ondubbelzinnig beantwoorden. Vloeibaar cytoplasma of vast? Zowel vloeibaar als vast. Beweegt er iets in of is alles aanwezig? En het staat en beweegt. Is het transparant of ondoorzichtig? Ja en nee. Welk deel van de cel bezet het? Van één procent tot negenennegentig. Alles is duidelijk, is het niet?

Desalniettemin zijn de antwoorden correct. Het is alleen dat het cytoplasma ongewoon veranderlijk is, het reageert op de kleinste veranderingen in de omgeving. Prik een eencellige amoebe met een naald en je zult (natuurlijk onder een microscoop) veel veranderingen zien. De beweging van het cytoplasma, zijn transparantie, viscositeit zal veranderen, de vorm van de cel zal veranderen. Kortom, handel op een of andere manier op het cytoplasma en u zult zien: het zal zeker op de een of andere manier reageren.

In het cytoplasma een enorme hoeveelheid verschillende opgelost? chemische substanties. Daarin eindigen velen van hen hun reis en beginnen ze vaak aan onze tafel. We zouten de soep - daaruit komt keukenzout in de kooi. We doen suiker in de thee - het bereikt ook het cytoplasma, maar onderweg wordt het in tweeën afgebroken tot glucose en fructose. We eten fruit en groenten - vitamines daarvan migreren naar het cytoplasma. Ten slotte bevat een cel altijd een grote set van verschillende eiwitten. Al deze stoffen staan ​​niet stil, ze werken voor de cel, daarin ontleent het zijn kracht, zijn toekomst.

Het meest verrassende is echter niet dat deze moleculen op dezelfde plaats zijn samengekomen, maar dat ze, zij het voor een korte tijd, naast elkaar bestaan. In de kolf van een apotheek konden veel van deze verbindingen en momenten niet bij elkaar worden gehouden - ze zouden onmiddellijk een reactie aangaan. Maar de cel is een wijs politicus, ze moet de individualiteit van elk molecuul voor zijn eigen doeleinden bewaren, en neemt alle voorzorgsmaatregelen.

Daartoe isoleert het enkele van de meest agressieve moleculen van hun mogelijke slachtoffers - het verspreidt de moleculen in verschillende "hoeken" van de cel - of, in extreme gevallen, vernedert het hun chemische vurigheid. Vanuit het oogpunt van de natuur is dit heel ingenieus en eenvoudig gedaan (als men zou proberen dezelfde techniek in chemische laboratoria te implementeren, zou niemand het waarschijnlijk durven noemen eenvoudig). Wat zou ieder van ons doen als hij een kat en een hond in dezelfde kamer moest plaatsen? Natuurlijk zou ik de hond muilkorven. Welnu, soms doet de cel hetzelfde - het "zet" enzymen aan - stoffen die alle reacties in de cel regelen, waardoor moleculen die de actieve plaatsen van enzymen sluiten, "worden tegengehouden".

Het cytoplasma is dus de plaats van actie van veel chemische reacties die plaatsvinden in de cel; in feite is het de arena van zijn vitale activiteit.

Maar deze arena is geen lege ruimte; de leefruimte van een cel is verdeeld over zijn organen, of, zoals biologen zeggen, organellen, wat de kleinste organen betekent. Ze verdeelden niet alleen onder elkaar het territorium van het cytoplasma, ze verdeelden ook duidelijk de invloedssferen.

Organella nummer 1 - mitochondriën, ziet eruit als een drijvend schip. Als het mitochondrion wordt ontleed, lijkt de interne structuur op een smalle kuststrook van een zandstrand, waarop golven bizarre plooien hebben ingezeept. Dergelijke plooien van verschillende dikte (in mitochondriën worden ze ribbels genoemd) doorkruisen de gehele binnenruimte van de mitochondriën. Mitochondriën zijn de krachtcentrales van de cel. Ze accumuleren energie, die vervolgens, indien nodig, wordt besteed aan de behoeften van het lichaam. Deze inkomsten- en uitgavenverrichtingen worden uitgevoerd door de "belangrijkste energetische" van de cel - adenosinetrifosforzuur, afgekort als ATP. Bovendien is het interessant dat zowel mensen als bacteriën energiereserves opslaan in hetzelfde molecuul - in ATP. Wanneer er behoefte is aan energie - voor een persoon, bijvoorbeeld voor spierarbeid, voor mimosa - voor rollende bladeren, voor vuurvliegjes - voor gloed, in een pijlstaartrog - voor de vorming van een elektrische lading - komen er verzoeken naar het mitochondrium, en zuinige dispatchers - speciale enzymen die een of twee stukken van een groot ATP-molecuul afgesplitst zijn - een groep atomen die fosfor bevatten. Op het moment van afsplitsing komt er energie vrij.

Elektronenmicroscopische foto's van cellen die enkele jaren geleden zijn gemaakt, laten duidelijk het netwerk zien dat zich uitstrekt van de kern tot het membraan - een hele verzameling tubuli, flagellen, membranen, tubuli. Zelfs 30 jaar geleden, toen de kennismaking met de cel alleen kon plaatsvinden door middel van een lichtmicroscoop, zag niemand het netwerk echt.Desalniettemin voelden de wetenschappers dat er hier "iets" was, en trokken ze voortdurend enkele cellen in de cel. De elektronenmicroscoop zag wat de wetenschappers hadden voorzien: het bleek echt een netwerk te zijn en het heette endoplasmatisch, dat wil zeggen intraplasmisch.

Dit netwerk omringt nauw de kern, mitochondriën en organellen die ons nog onbekend zijn - ribosomen. Ribosomen zijn eiwitcelfabrieken. Alle levende wezens worden geleverd met hun producten. Gezien het strategisch belang van deze voorzieningen heeft de natuur ervoor gezorgd dat de werkzaamheden daar goed verlopen. De productiviteit van de eiwitfabriek is enorm: per bedrijfsuur maakt elk ribosoom meer eiwitten aan dan het weegt.

Maar zoals elk bedrijf werken ribosomen onder strikt, meedogenloos leiderschap. Orders komen van de kern, van de belangrijkste controller van eiwitsynthese - het chromosoom.

Chromosomen worden gevonden in de kernen van alle levende wezens: bacteriën, planten, dieren. Menselijke chromosomen zien er anders uit dan bijvoorbeeld een mot, maar overal dienen ze dezelfde dienst: ze regelen de eiwitsynthese. Het is in de chromosomen dat deoxyribonucleïnezuurmoleculen - DNA - zich bevinden. Ze bevatten, net als een kookboek, recepten voor het bereiden van een grote verscheidenheid aan eiwitten die worden gebruikt voor de behoeften van de cel zelf en voor "export". De normale werking van het lichaam is gebaseerd op de strikte specificiteit van tienduizenden eiwitten. Om je gezicht in deze commotie te houden, moet je je eigen structuur goed onthouden. De eekhoorns zelf herinneren zich hem niet meer; de cel doet het voor hen met behulp van DNA. Een van zijn moleculen slaat de structuur op van tientallen eiwitten. Elk chromosoom geeft een strikt gedefinieerde hoeveelheid DNA vrij voor een bepaald organisme. Het DNA in het chromosoom zit erg dicht opeengepakt: de lengte van het chromosoom wordt gemeten in duizendsten van een millimeter, en de lengte van de DNA-moleculen die erin zijn geplaatst, is in meters.

Als we nu kijken naar een slapende, niet-delende cel, zijn chromosomen erg slecht zichtbaar: ze werken en hiervoor moeten ze hun oppervlak maximaliseren - ze strekken zich uit en daarom smal.

Deze tijd duurt echter niet zo lang (voor ons) - slechts 10-20 uur. Na een periode van intensief werk begint de cel zich voor te bereiden op deling; chromosomen bereiden zich er ook op voor: ze verdraaien, verdikken en vormen allemaal in één vlak - op dit moment is het gemakkelijk om ze te zien. Tegen de tijd dat de lezer bij de beschrijving van celdeling komt, zullen de chromosomen duidelijk zichtbaar zijn, en we zullen er, gebruikmakend van, meer in detail over vertellen.

Dit is het einde van onze excursie naar het celbinnenland. Maar dit betekent helemaal niet dat we de cel hebben uitgeput; veel van de details bleven buiten onze aandacht. Maar we hebben het belangrijkste gekozen, iets zonder welke het moeilijk zal zijn om de weg naar ons uiteindelijke doel voort te zetten. En om er nog een stap naar toe te gaan, moeten we uit dit hoofdstuk een duidelijk beeld halen van de drie structuren van de cel - de krachtcentrale, de eiwitfabriek en het chromosoom. Als de lezer het snapte, kreeg hij een pas voor het volgende hoofdstuk.

Azernikov V.Z. - De opgeloste code

Vergelijkbare publicaties

De geboorte van moleculaire biologie

Wat gebeurt er bij het zouten

Complex leven van een eenvoudige cel