Почувствуй себя художником, или Как раскрасить живую клетку за один час

  • 436
  • 1,1
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
А ну-ка попробуй раскрасить живую клетку. Фото Зубаревой Анастасии.

Наверное, каждому в детстве приходилось оживлять черно-белую картинку при помощи карандашей и красок. Вместо строгих линий перед глазами оживали облака и солнце, пестрящие разными оттенками бабочки и цветы. Подобным творчеством занимаются ученые в своих лабораториях, только краски они для этого используют специальные, флуоресцентные. Чтобы увидеть такую картинку, недостаточно обычного глаза, а нужны специальные микроскопы, позволяющие разглядеть изображение в его полной красе. Такие краски позволяют нам понять, как же работает живая клетка, какие процессы в ней происходят. А теперь давай узнаем, мой юный друг, как же всё это работает!

Схематичная структура ДНК

Рисунок 1. Схематичная структура ДНК. Аденин взаимодействует с тимином, а гуанин с цитозином, в результате чего ДНК скручивается в спираль. Именно эту спиральку и любят волшебные краски; они взаимодействуют с ней и под лучом света испускают синее свечение (рис. 2). Рисунок с сайта http://hubpages.com/.

Что такое клетка? Это не только квадратная ячейка в твоей тетради по математике. Клеткой также называют крохотный живой пузырек, единицу всего живого. Из клеток состоишь ты, твои мама и папа, твои любимые собака или кошка, цветы на лугу — всё живое, что тебя окружает. Каждая клетка — это целая фабрика, в ней образуются структурные кирпичики живого: белки, жиры и углеводы. Клетка — это еще и целый дом, в котором соседствуют различные структуры, называемые органеллами. Органеллы — это почти то же самое, что и органы. Ты же понимаешь, что нам не прожить без сердца, почек или печени. Так и клетка не справится без своих составных частей — ядра, митохондрий, эндоплазматической сети, эндосом, лизосом, аппарата Гольджи (см. заглавный рисунок). Страшные названия на первый взгляд, но ты не бойся, мы сейчас во всём по порядку разберемся. Ах, да, я совсем забыла про волшебные краски! И про них я тоже расскажу.

Итак, начнем с самого главного, можно сказать, с сердца клетки — ее ядра. В ядре хранится одна из самых ценных молекул нашего организма — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). В этой молекуле, как в длинной-предлинной книге, записано, каким будет организм. Молекула эта состоит из специальных звеньев, причем каждое звено имеет себе комплементарное (дружественное). Так, аденин (А) дружит только с тимином (Т), а гуанин (G) — с цитозином (С). Это то же самое, что твой лучший друг, которого ты ни за что не променяешь на хулигана из соседнего двора. Благодаря ряду дружественных взаимодействий ДНК скручивается в двойную спираль, образуя уникальную структуру (рис. 1)

Ядро окружает сложный лабиринт трубочек и канальцев, именуемый непросто — эндоплазматическая сеть (ЭПС) (рис. 2). Чтобы представить, что такое ЭПС, вообрази разветвленную сеть автодорог, вдоль которых расположены маленькие фабрики по производству основных кирпичиков живого — белков, жиров и углеводов.

Окрашенные клетки

Рисунок 2. Животные клетки, окрашенные волшебными красками, заставляющими ядра светиться синим цветом (а), а ЭПС — красным (б). Совместное изображение — в. ЭПС, словно разветвленная транспортная сеть, снабжает клетку белками, жирами и углеводами. Фото Анны Алексеевой.

Когда эти молекулы «сходят с фабричного конвейера», они отправляются в дальнее путешествие и прибывают в большой сортировочный пункт — аппарат Гольджи, где в разные «контейнеры» собираются молекулы, выполняющие различные биологические функции.

Поскольку ЭПС и аппарат Гольджи — это прежде всего транспортная система для белков и липидов (жиров), то и волшебные краски, которыми мы будем их раскрашивать, умеют крепко сцепляться с липидами и белками (рис. 3).

Клетки макрофагов

Рисунок 3. Клетки макрофагов — главных защитников нашего организма, «пожирающих» чужеродный материал (например, бактерии), — окрашенные волшебными красками, заставляющими ядра светиться синим цветом (а), а аппарат Гольджи — красным (б). Совместное изображение — в. Ядро находится в центре клетки и контролирует ее жизнь, можно сказать, работает королем клетки. Остальных органелл, как правило, несколько, и это не удивительно, ведь у короля должно быть много слуг. Фото Анастасии Зубаревой.

Не менее важными органеллами являются эндосомы и их друзья лизосомы. Их можно сравнить с пищеварительным трактом клетки, где первые выполняют функцию «рта», а вторые — «желудка». Чтобы расщепить поступающие в твой желудок яблоко или конфету, Природа придумала специальные белки — ферменты, разрезающие макромолекулы, из которых состоит пища, на составные кирпичики. Для того чтобы некоторые ферменты могли работать, им нужна очень кислая среда (почти такая же кислая, как самый кислый лимонный сок). Именно так кисло и в лизосомах. Этим пользуется другой класс флуоресцентных красок, которые «загораются» красным или зеленым светом, стоит им оказаться в кислой среде. Благодаря таким «волшебным фонарикам» мы можем видеть лизосомы и отслеживать вещества, поступающие в этот клеточный пищеварительный котел (рис. 4).

Эпителиальные клетки

Рисунок 4. Эпителиальные клетки, окрашенные волшебными красками, заставляющими ядра светиться синим цветом (а), а лизосомы — красным (б). Совместное изображение — в. В каждом участке клетки иногда нужно переварить какие-то вещества, и поэтому во всех «клеточных закоулках» можно встретить лизосомы: их в одной клетке может быть до нескольких тысяч. Фото Анастасии Зубаревой.

В клетке также есть и свои фабрики по производству энергии, называемые митохондриями. В цехах этих незаменимых предприятий день и ночь кипит работа: трудолюбивые электроны терпеливо бегут по внутренней митохондриальной мембране, содержащей специальные белки. В результате кропотливого труда клетка запасает энергию, необходимую тебе для того, чтобы играть в футбол или не заснуть на уроках. Для этого процесса необходим кислород. А кислород заставляет светиться еще один вид волшебных красок. Именно благодаря процессу окисления органических молекул мы можем увидеть митохондрии, органеллы, выполняющие одну из самых важных миссий в клетке (рис. 5).

Митохондрии

Рисунок 5. Митохондрии различных клеточных линий, окрашенные «красными» волшебными красками: а — эпителий почки, б — макрофаги. Фото Анастасии Зубаревой.

Таким образом, мой юный друг, имея в запасе немного терпения и веселую палитру флуоресцентных красок, ты можешь легко раскрасить живую клетку. «Зачем всё это нужно?» — спросишь меня ты. Но наука — это не просто развлечение, а кропотливый труд, позволяющий узнавать, как устроен мир. А волшебные краски — помощники для изучения уникальных функций живой клетки.

Литература

  1. Флуоресцентные репортеры и их молекулярные репортажи;
  2. Нано-pH-метр;
  3. Рулетка для спектроскописта;
  4. Флуоресцирующая Нобелевская премия по химии;
  5. Флуоресцентные белки: разнообразнее, чем вы думали!;
  6. Лучше один раз увидеть, или микроскопия сверхвысокого разрешения;
  7. По ту сторону дифракционного барьера: Нобелевская премия по химии 2014.

Комментарии

Вас также может заинтересовать