Знание - сила, 2003 № 09 (915)

Рафаил Нудельман

Альберт Сент-Дьёрди, один из «великих венгров», прославивших в XX веке свое отечество, физиолог и биохимик, получивший Нобелевскую премию за открытие витамина С, рассказывал, что самым волнующим моментом во всей его долгой научной карьере было не вручение премии и даже не само открытие, за которое он ее получил, а скромный эксперимент, проделанный им в 1934 году, когда, работая с длинными белковыми волокнами, выделенными из мышцы кролика, он погрузил их в раствор химикалиев и увидел, как эти волокна на его глазах начинают сокращаться, становясь все более толстыми и короткими. «Я впервые наблюдал, как движение, этот древнейший признак жизни, само собой возникает в пробирке, и это взволновало меня более всего в жизни».

Все живое обладает способностью к самодвижению — это его отличительная особенность. Положите выделенную из организма клетку почки или простаты на стеклянную пластинку. и эта клетка начнет ползти по ней, то распластываясь, то подтягивая свою заднюю часть, как это делает всем знакомая гусеница. Проследите за нервной клеткой, извлеченной из эмбриона животного, и вы увидите, как она выпускает длинный отросток, филоподию, и нащупывает им, где находится другая такая же клетка, чтобы установить с ней контакт.

Движутся не только сами живые клетки — движение происходит и во внутриклеточном пространстве. Гормоны и питательные вещества переносятся с поверхности клетки в ее протоплазму. Химические вещества, инструкции генов на изготовление белков-ферментов и сами эти белки движутся к местам своего назначения от клеточного ядра к периферии. А самой, быть может, впечатляющей иллюстрацией этого внутриклеточного движения является то открытие, которое по счастливой случайности совершил в 1981 году Роберт Аллен. Желая показать своим студентам, что происходит в длинном отростке нервной клетки — аксоне, он присоединил видеокамеру к микроскопу, и сам с огромным удивлением увидел, как по волокнам, тянущимся внутри тонкой (в I мм) и длинной (около I метра) трубки аксона, равномерно, один за другим ползут в обе стороны, точно вагончики какого-нибудь песчаного карьера, маленькие круглые прозрачные пузырьки примерно в стотысячную долю сантиметра в диаметре. То было не просто перемешение, а строго организованное и направленное перемещение, и, глядя на эти упорно ползущие по своему назначению ультрамикроскопические дрезины, не трудно было понять, почему ученые еще в XIX веке считали, что в клетках существует какая-то таинственная «жизненная сила», которая и является первопричиной всех клеточных и внутриклеточных движений.

Но на дворе стоял уже, как было сказано, 1981 год, и поэтому открытие Роберта Аллена положило начало не поискам этой «жизненной силы» — в нее уже никто к тому времени не верил, а планомерному изучению тех физико-химических факторов, тех «клеточных моторов», которые делают возможными все эти «движения живого».

Молекулы, осуществляющие функцию движения в нашем теле, в том числе и в самых крохотных его Структурах, имеют причудливый вид, но для всех них характерно одно: на концах молекул — наличие подвижных головок- блоков, которые, собственно, и служат движущим элементом. (Слева — молекула кинезина, в середине — динеина, справа — миозина.)

Поиск этот оказался сложным и продолжается по сию пору — со все возрастающим успехом. Один такой выдающийся успех был достигнут буквально на днях, когда группе исследователей под руководством С. Берджесса удалось разгадать принципы работы очередного такого «клеточного мотора» — молекулы динеина. Было бы жалко не приобщить читателя к той изумительной по тонкости и сложности картине «внутримолекулярной жизни», которую вскрыла в молекуле динеина группа Берджесса, но увы — даже просто рассказать об этой работе, а тем более — растолковать ее суть и значение, оказалось никак невозможно, предварительно не рассказав, хотя бы бегло, о молекулярных моторах вообще. Вот так это открытие и послужило первоначальным толчком к целому рассказу. Как говорится, был бы повод, а рассказ найдется. А рассказ, думается, полезен, ибо молекулярные эти моторы и в самом деле представляют огромный интерес. Ведь именно им жизнь обязана всей той особой, специфически присущей ей динамикой, без которой она, жизнь, была бы попросту невозможна.

Первым шагом к ответу на этот вопрос стало открытие того факта, что все клетки в организмах более сложных, чем бактерии, обладают двумя важнейшими свойствами, которые, собственно, и позволяют им существовать: исчезновение хотя бы одного из этих свойств приводит к гибели клетки. Это открытие было сделано в самые последние десятилетия и буквально перевернуло все прежние представления.

Одним из этих жизненно важных свойств является сложная организованность внутриклеточного пространства. Живая клетка — не просто «мешочек с протоплазмой», как говорил еще в XIX веке страстный пропагандист дарвинизма Томас Хаксли. Исследования последних десятилетий показали, что внутренность клетки ячеиста — она состоит из отдельных ячеек, «помещений», отделенных от других собственной мембраной. Каждая такая ячейка, или органелла (маленький орган) клетки имеет свою внутреннюю структуру и свой набор химических вешеств, каждая выполняет свою функцию. И каждая покрыта системой белков-рецепторов, задача которых — распознать, что из всего, что куда-то движется в клетке, предназначено именно для данной ячейки.

Движутся же в клетке те химические вещества, что необходимы для ее жизнедеятельности, и молекулы этих веществ не просто хаотически плавают в протоплазме, а направленно и организованно перемещаются в различных направлениячх, упакованные в крохотные контейнеры — те самые прозрачные пузырьки, которые впервые увидел Аллен. При этом каждый такой контейнер снабжен своим «опознавательным знаком», своим рецептором, белковой молекулой такой формы, которая распознается рецептором той — и только той — ячейки, для которой этот контейнер предназначен. Когда оба рецептора сочленяются, пузырек приваривается к органелле, и его содержимое переходит в нее, чтобы она могла выполнять свои функции.

Начатки такой организованности обнаружены уже у одноклеточных водорослей и бактерий, и раз эта внутренняя организация клеток давала бесспорные преимущества ее обладателям, а мутации непрерывно порождали все новые и новые (лучшие и худшие) варианты такой организованности, природе (естественному отбору) оставалось только отбирать то, что оказывалось организованным все лучше и все сложнее.