Главная » Хабрахабр » [Из песочницы] Краткое введение в Клеточную биологию

[Из песочницы] Краткое введение в Клеточную биологию

В свободное время балуюсь биоинформатикой, классическими ML задачами, и спортивной биомеханикой. Последние пару лет я занимаюсь исследованиями в области биологии растительной клетки, в частности, я занимаюсь вопросом сигналинга и регуляции клеточных процессов. Это и натолкнуло меня на мысль написать цикл статей о том как устроен наш организм, как работают клетки и как наконец хранится информация в ДНК (подробные описания встречаются, увы, крайне редко, а ведь для понимания работы ДНК не хватает знания о 4 нуклеотидах). Этой весной я, по счастливой случайности выплыл в реальный мир и пообщался с реальными людьми, что позволило мне понять, как мало обычный человек знает о том, как устроен его организм и мир вокруг. Но начну я пожалуй с самого простого, с состава клеток (для начала в очень упрощенной форме).

Однако большинство людей почти ничего не знает о том, как устроены клетки и как они работают. Ни для кого не секрет, что почти все живое в этом мире состоит из клеток, будь то мы с вами, любимый кот, водоросли, или бактерии помогающие переваривать все то, чем современный человек загружает свой желудок. Однако в большинстве насущных проблем биологическое знание может нам помочь (например понять абсурдность рекламы большинства омолаживающих кремов, важности антибиотиков и их правильного приема, всю абсурдность споров на тему ГМО и т.д.).
Для начала, в каких пределах варьируют размеры клеток? Многие из вас могут возразить, что их работа не связанна с биологией и эти знания им не нужны, и это ваше право. По сути это мелкий паразит, живущий на слизистой приматов (половые + дыхательные путей). Одной из самых маленьких клеток является Mycoplasma genitalium. 000000001 метра). И она по-настоящему маленькая, примерно 300 нанометров в диаметре (кто забыл, нанометр это 0. Да! Самой большой клеткой является страусовое яйцо. Средняя же клетка нашего тела примерно 5-20 мкм в диаметре. Это всего одна клетка, просто непривычно большая. Что бы было понятней, сравним с простым листом A4.

image

Последнее время я сталкивался с цифрой в 37 триллионов, остановимся на ней. Собственно клеток в нашем организме довольно много, и по разным оценкам много это от 1 до 100 триллионов. Все остальное пространство в ней заполнено цитоплазмой. Клетка состоит из мембраны, различных «органов», называемых органоидами.

Клеточное ядро

image

На самом деле существуют заметные выбросы из этих данных. Мы привыкли, что в одной клетке одно ядро, максимум 2. Ядро относится к двумембранным органоидам, то есть окружена двумя мембранами, контролирующими транспорт веществ в него и наружу. Так у инфузории туфельки 2 ядра, а в некрофагах их может быть до сотни. Хранение ДНК не единственная задача ядра, в нем так же осуществляется синтез рибосом, о которых я расскажу чуть позже. Именно в нем хранится почти 99,9% всей ДНК клетки и именно оно содержит всю необходимую клетке наследственную информацию.

Митохондрия

image

Обычно в клетке несколько митохондрий и их совокупность называется митохондрионом. В клетках эукариот именно они отвечают за производство энергии (помимо еще парочки путей производства энергии о которых мы пока говорить не будем). Однако структура мембран отличается от ядерной, но не будем усложнять. Как и ядро, митохондрия так же является двумембранным органоидом. Почему? Митохондрии часто называют полуавтономными органоидами. Также у них имеется собственная система синтеза белка. Потому что внутри митохондрии содержится собственная ДНК, кодирующая часть собственных ферментов и участвующая в регуляции работы органоида. И стоит отметить, что существует теория их бактериального происхождения. По своим размерам митохондрии напоминают бактерии. Клетки обеспечивали им постоянную среду и приток всех необходимых элементов, в связи с чем бактериальные клетки, в процессе эволюции, утратили уже ненужные гены для выживания в суровых условиях окружающей среды. Предполагается, что древние предки современных эукариотических клеток вступили в симбиоз с древними бактериями, «переехавшими» жить внутрь клеток. В свою очередь они стали своего рода фабриками по трансформации соединений вроде глюкозы в АТФ (форму энергии, в основном используемую клеткой).

Лизосомы

image

Под липидной оболочкой лизосомы содержится пуль гидролитических ферментов. В отличие от ранее описанных органоидов лизосомы имеют лишь одну мембрану, да и как можно заметить они намного меньше чем ядро, или митохондрии. Так она переваривает крупные полимеры белков и углеводов, попавших в клетку; может также переваривать старые (сломавшиеся) клеточные органеллы; участвует в иммунных ответах (с их помощью макрофаги переваривают вредные бактерии); регулирует процессы роста и наконец участвует в ряде сигнальных путей. Не смотря на свой размер она участвует в целом ряде процессов. Но мы пока запомним, что они участвуют в переваривании различных веществ, попавших в клетку, для дальнейшего их использования при биосинтезе клеточных структур, или выработке энергии митохондриями.

Рибосомы

image

Данные органеллы являются безмембранными. На них я сегодня планирую закончить свой рассказ. Созданные в ядре и питаемые АТФ произведенной митохондриями они усиленно синтезируют клеточные белки (начиная от мелких сигнальных белков, заканчивая ферментами и крупными клеточными структурами типа ионных каналов и т.д.). Да и сами по себе они самые маленькие (если не считать отдельных элементов клеточного скелета и одиночных ферментов). Так же стоит отметить, что существует два типа рибосом, первый, более крупный располагается в цитоплазме клеток, второй же характерен для внутреннего содержимого митохондрий. В клетке их огромное множество, по разным оценкам от 1 до 5 миллионов.

Но об этом потом. Я все еще не рассказал о таких важных компонентах, как комплекс Гольджи и эндоплазматический ретикулум.

Давайте подытожим и сформируем логическую цепочку происходящего.

Поступающие извне вещества, при необходимости, перевариваются в лизосомах, а продукты распада используются для синтеза компонентов клетки и производства энергии, за которое отвечают митохондрии. Ядро содержит информацию, регулирующую работу всей клетки. Потраченная энергия используется для синтеза белков рибосомами, находящимися как внутри митохондрий, так и в клеточной цитоплазме.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

[Из песочницы] Решаем проблемы типов данных в Ruby или Make data reliable again

В этой статье я хотел бы рассказать о том, какие проблемы с типами данных есть в Ruby, с какими проблемами столкнулся я, как их можно решить и как сделать так, чтобы на данные, с которыми мы работаем, можно было положиться. ...

SamsPcbGuide, часть 8: Как получить правильную осциллограмму

Наверно, все умеют пользоваться осциллографом. Это очень легко – цепляешь «крокодил» к земле, остриё щупа – в необходимую точку измерения, регулируешь масштаб по вертикальной и горизонтальной осям и получаешь временную развёртку напряжения в этой точке. Да, так можно делать, но ...