Що виявляє мікроскоп

КЛІТИНУ називають основною цеглинкою життя. І недаремно, бо все живе: рослини, комахи, тварини й люди — складається з клітин. Протягом років науковці пильно вивчали процеси, які відбуваються в клітині, і розкрили багато секретів молекулярної біології та генетики. Розгляньмо й ми уважніше клітину і поміркуймо над тим, що́ вченим вдалось з’ясувати про ці захопливі мікроскопічні цеглинки життя.

Зазирнімо в мікроскоп

Клітини бувають різної форми. Деякі з них прямокутні, інші — квадратні. Існують також кулясті клітини, яйцеподібні й просто безформні. Наприклад, амеба — це одноклітинний організм, який взагалі не має чітко окресленої форми, а просто змінює її під час руху. Цікаво, що про функцію клітини часто можна здогадатися з її форми. Наприклад, деякі м’язові клітини — довгі та тонкі й скорочуються під час виконання своєї роботи. А от нервові клітини, які передають інформацію по цілому організму, мають довгі відростки.

Клітини також різняться за розмірами. Все ж більшість з них надто малі, аби їх можна було побачити неозброєним оком. Щоб уявити розміри середньої клітини, подивіться на крапку в кінці цього речення. У такій маленькій крапці могло б поміститися коло 500 клітин середнього розміру! І хоч якими крихітними вони здаються, декотрі бактеріальні клітини майже в 50 разів менші за них. А яка клітина найбільша? Титул одноклітинного «гіганта» носить жовток страусового яйця, величина якого дорівнює розмірам бейсбольного м’яча або м’яча для гри в крикет!

Оскільки більшість клітин неможливо побачити неозброєним оком, науковці використовують для їхнього дослідження різні прилади, такі, як мікроскопa. Але навіть тоді деякі складні деталі клітини не вдається добре роздивитися. Поміркуймо над наступним: електронний мікроскоп може збільшити клітину приблизно в 200 000 разів. Якби у стільки ж разів збільшити мурашку, вона була б 800 метрів завдовжки. Однак навіть за такого збільшення певні детальки клітини залишаються невидимками!

Тому для науковців клітина — це диво з див. Фізик Пол Дейвіс у книжці «П’яте чудо» пише: «В середині кожної клітини міститься багато крихітних структур, які ніби щойно були виготовлені за вказівками інженера. Є тут багато мініатюрних щипчиків, ножичок, насосів, двигунів, важелів, клапанів, труб, ланцюгів і навіть машин. Але клітина — це, звичайно, не просто мішечок з різним причандаллям. Всі ці частинки припасовані одна до одної й становлять разом чітко функціонуючу систему, подібну до складної конвеєрної лінії на фабриці».

ДНК — молекула спадковості

Люди, так само як і багатоклітинні рослини та тварини, починають своє існування з однієї клітини. Коли ця клітина досягає певного розміру, вона ділиться на дві. Тоді ці дві клітини також діляться, і їх уже чотири. Процес поділу продовжується, і клітини починають набувати різних ознак: одні стають м’язовими клітинами, інші — нервовими, ще інші клітинами шкіри й так далі. Поділ клітин триває, і багато з них починає групуватись, утворюючи тканини. М’язові клітини, наприклад, збираються докупи й формують м’язову тканину. А різні види тканин утворюють органи, такі, як серце, легені та очі.

Під тоненькою оболонкою, що вкриває кожну клітину, міститься желеподібна рідина — цитоплазма. Є там також ядро, відокремлене від цитоплазми тонкою мембраною. Ядро називають центром управління клітини, оскільки воно керує майже усією її діяльністю. В середині ядра зберігається генетична програма клітини, записана в дезоксирибонуклеїновій кислоті, тобто у ДНК.

Молекули ДНК щільно скручені в хромосомах клітини. У ваших генах, котрі являють собою частини молекул ДНК, зашифрована вся інформація, необхідна для того, щоб ви були такими, якими є. «Завдяки генетичній програмі, яка міститься в ДНК, усе живе різниться між собою,— пояснює «Уорлд бук енсайклопідія».— Вона робить собаку несхожим на рибу, зебру іншою, ніж троянду, а вербу відмінною від оси. Завдяки цій програмі ви відрізняєтесь від усіх інших людей на землі».

Обсяг інформації в ДНК лише однієї клітини просто приголомшує. Дані з ДНК зайняли б мільйон сторінок, таких, як ця! Оскільки ДНК відповідає за передачу спадкових ознак від одного покоління клітин до наступного, її називають генеральним планом життя. Але на що схожа ДНК?

ДНК складається з двох ниток, закручених одна навколо другої, і нагадує за формою подвійну спіраль або ланцюг. Дві нитки спіралі з’єднані між собою різними комбінаціями чотирьох сполук, які називаються нуклеотидами. Кожен нуклеотид однієї нитки стоїть у парі з нуклеотидом іншої нитки. Пари нуклеотидів утворюють містки спіралі. Власне цей точний порядок нуклеотидів у молекулі ДНК визначає генетичну інформацію, яку вона несе. Просто кажучи, послідовність нуклеотидів вирішує абсолютно все стосовно вас — від кольору волосся до форми носа.

ДНК, РНК і білок

Найбільше в клітинах міститься макромолекул білка. За підрахунками, вони складають понад половину сухої маси більшості організмів! Білки збудовані з менших елементів — амінокислот. Деякі з цих амінокислот продукує сам організм, інші ж необхідно отримувати з їжі.

Білки виконують багато функцій. Наприклад, гемоглобін — це білок, який міститься в червонокрівцях і розносить по тілу кисень. Існують також антитіла, котрі допомагають вам боротися з хворобами. За участю інших білків, таких, як інсулін, відбувається травлення, а також регуляція різних функцій клітини. Загалом у вашому тілі налічуються тисячі різних видів білків. Лише в одній клітині їх можуть бути цілі сотні!

Кожен білок відіграє особливу роль, призначену його ДНК-геном. Але як розшифровується генетична інформація в ДНК-генах, котра необхідна для утворення певного білка? На схемі «Синтез білків» показано, що генетична інформація, яка зберігається в ДНК, повинна спочатку передатися з ядра клітини в цитоплазму, де перебувають рибосоми — виробники білків. Передача відбувається за допомогою посередника, який називається рибонуклеїновою кислотою (РНК). Рибосоми, котрі містяться в цитоплазмі, «читають» інструкції РНК і збирають у відповідній послідовності амінокислоти, потрібні для створення певного білка. Отже між ДНК, РНК та синтезом білків існує взаємозалежність.

Як усе почалось?

Генетика та молекулярна біологія десятиліттями цікавили науковців. Фізик Пол Дейвіс скептично дивиться на те, що все це могло виникнути завдяки Творцю. Проте він визнає: «Кожна молекула виконує призначену їй роль і має власне місце у загальному плані, що є необхідним для утворення відповідних структур. [У клітині] відбувається багато руху. Молекули мусять подорожувати по клітині, щоб зустрітись одні з одними у відповідному місці у відповідний час і виконати належно свою роботу. Все це здійснюється без начальника, який роздавав би молекулам вказівки й направляв би їх до належних місць. Немає нікого, хто б наглядав за їхніми діями. Молекули просто роблять те, що повинні робити: хаотично рухаються навколо, вдаряються одна в одну й відскакують, а тоді обіймаються. (...) Ці немислячі атоми якимсь чином об’єднують усі свої сили і виконують із надзвичайною точністю танок життя».

Тому з вагомих причин багато дослідників внутрішніх процесів клітини, доходять висновку: повинна бути якась розумна сила, котра створила клітину. Розгляньмо, чому вони так думають.

[Примітка]

[Рамка/Схема на сторінці 5]

У надрах клітини

В середині кожної клітини є ядро — центр управління клітини. В ядрі містяться хромосоми, які складаються із сильно скручених у спіраль молекул ДНК та білків. Наші гени — це частинки молекул ДНК. Рибосоми — виробники білків, перебувають у клітинній цитоплазмі поза ядром. (Дивіться схему).

[Схема]

(Повністю форматований текст дивіться в публікації)

Клітина.

Рибосоми

Цитоплазма

Ядро.

Хромосоми.

ДНК — спіраль життя.

[Схема на сторінці 7]

(Повністю форматований текст дивіться в публікації)

Подвоєння ДНК

Для легшого візуального сприйняття спіраль ДНК подається у розгорненому вигляді.

1 Перш ніж поділитися й створити нове покоління собі подібних, клітини повинні подвоїти (зробити копію) ДНК. Насамперед за допомогою білків розкручуються частини подвійної спіралі ДНК.

Білок

2 Потім за чітким принципом комплементарності вільні (наявні) нуклеотиди, що містяться в клітині, приєднуються до відповідних їм нуклеотидів двох первинних ниток спіралі.

Вільні нуклеотиди

3 Зрештою утворюються дві копії книжки з кодами. Отже, коли клітина ділиться, кожна нова клітина отримує свою копію ДНК, книжку з кодами.

Білок

Білок

Принцип комплементарності в ДНК:

А завжди з Т

А Т Тимін

Т А Аденін

Ц завжди з Г

Ц Г Гуанін

Г Ц Цитозин

[Схема на сторінках 8, 9]

(Повністю форматований текст дивіться в публікації)

Синтез білків

Для спрощення зображено білок, побудований з 10 амінокислот. Більшість білків складається з понад 100 амінокислот.

1 Спеціальний білок роз’єднує ділянку подвійної спіралі ДНК.

Білок

2 Вільні нуклеотиди РНК стають проти відповідних нуклеотидів роз’єднаної частини ДНК, утворюючи таким чином ланцюг інформаційної РНК.

Вільні нуклеотиди РНК

3 Новостворена інформаційна РНК відділяється й прямує до рибосом.

4 Транспортна РНК вибирає потрібну амінокислоту й доставляє її до рибосоми.

Транспортна РНК

Рибосома

5 У міру того як рибосома просувається по інформаційній РНК, з’єднується ланцюг амінокислот.

Амінокислоти

6 Під час цього синтезу білковий ланцюг починає укладатися, набуваючи форми, необхідної для виконання своїх функцій. Повністю сформований ланцюг залишає рибосому.

Транспортна РНК має два важливих кінці:

Одним вона розпізнає код інформаційної РНК

Другим переносить відповідну амінокислоту

Транспортна РНК

В нуклеотидах РНК замість Т використовується У, тому У є комплементарним до А.

А У Урацил

У А Аденін