Жизнь устроена достаточно сложно, основа ее существования в современном виде – это некая элементарная система, клетка. Как говорят, «вне клетки жизни нет». Эта идея, может быть, не очень новая, но еще недавно ее пытались оспаривать. На самом деле, конечно, и сейчас идут разговоры, потому что существует так называемая «неклеточная форма жизни» – вирусы, прионы. Да, действительно, вирус может убежать из клетки, но, тем не менее, это временный побег из клетки, это какой-то набор генов убежал, но он должен вернуться для того, чтобы существовать вечно.

Без клетки, вне клетки и с разрушением клетки жизнь прекращается. Жизнь – это клетка. Поэтому науки, которые изучают клетку, принципиально важны. Наука о клетке – сейчас ее принято называть клеточной биологией, очень старая, от нее постоянно отпочковывались разные науки, потому что в клетке можно очень многое изучать и очень по-разному. За всю историю существования клеточной биологии – а это больше трех столетий – от нее отделилось много разных наук.

Клетки устроены, с одной стороны, очень сложно, а с другой стороны – все клетки можно разбить примерно на два основных типа: прокариотические и клетки эукариотические.

Прокариотические – доядерные формы жизни, эукариотические – настоящие ядерные организмы, к коим относимся и мы, люди. Принципиальное отличие только одно: каким образом в клетке организован геном. Либо геном как бы «плавает» внутри клетки, как у прокариот: у бактерий, у цианобактерий или, как их раньше называли, у сине-зеленых водорослей, архей. Либо как у эукариот: геном (т.е. гены) окружен специальной оболочкой и существует в отдельном, структурно обособленном домене клетки.

Разница очень простая, но имеет далеко идущие последствия. Клетки эукариот смогли стать больше, крупнее, и поэтому создали те экологические ниши, которые были принципиально недоступны для прокариот. И сделать многие вещи, которые прокариоты хорошо сделать не смогли. Самая простая вещь – эукариоты смогли стать большими и, как следствие, смогли эффективно «кушать» прокариоические клетки. Уже благодаря этому они вышли на другой эволюционный уровень. Еще одна вещь, которую по-настоящему смогли сделать эукариоты и не смогли сделать прокариоты, – это создать многоклеточность. То есть это организмы, которые стали еще больше и смогли «кушать» не только бактерии, но и других одноклеточных эукариот. Опять же эволюция сдвинулась на качественно новый уровень. Прокариоты этого не могут. Когда геном, гены, генетическая информация не обособлены, сделать что-то очень сложное и большое не получается.

Это не значит, что прокариоты тоже не пытались этого делать, у них существует определенная форма взаимодействия, когда они формируют какие-то сообщества, которые во многом напоминают многоклеточные организмы у эукариот. Но принципиально они другие. В последние годы очень активно изучаются так называемые «бактериальные пленки», когда бактерии живут в пленочке и в этом состоянии антибиотики, которые хорошо убивают обычные бактерии, уже на них не действуют. И, соответственно, это для медицины крайне важно, потому что таких пациентов тоже надо как-то лечить. А обычные антибиотики могут не действовать. Это очень серьезная проблема. Но все-таки бактериальная пленка – это не многоклеточный организм! Многоклеточный организм – это что-то другое.

Если говорить в общем об устройстве клетки, то состоит она всего из нескольких частей. Дальше все будет относиться к эукариотам: во-первых, клетка должна быть отделена от окружающей среды каким-то препятствием. С одной стороны, у нас неклеточная среда, «нежизнь», с другой стороны – жизнь, клетка. Это тончайшая мембрана толщиной 10 нанометров. Это те самые нанотехнологии, про которые все говорят, но никто их не видел.

Все остальное внутреннее пространство клетки делится на две части: это ядро, там, где находится молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, ДНК, то есть гены; и далее – вся остальная часть вне ядра (цитоплазма). Такое разделение позволяет обособить разные процессы: здесь у нас лежит генетическая информация, она как-то реализуется; в цитоплазме происходят другие процессы, синтезируются белки и т.п.

Но принципиальны все три части: плазматическая мембрана, которая отделяет клетку от неклетки, цитоплазма, в которой происходят процессы, обеспечивающие поддержание жизни клетки, и ядро, где находится геном клетки.

На самом деле ядро – это самая главная часть клетки, потому что именно там находится та информация, которая создает эту клетку и которая позволяет клетке из поколения в поколение существовать. Это очень важно, потому что генетическая информация эволюционирует, меняется, постоянно происходят мутации, усложнения, это огромные, сложные процессы, которые изучались и изучаются. Генетика, геномика развиваются с невероятной интенсивностью в XXI веке.

Важно еще то, что, когда клетки создали многоклеточный организм (это произошло только у эукариот), возникли принципиально новые качества. Во-первых, клетки научились по-другому взаимодействовать, более тесно общаться друг с другом. В многоклеточном организме клеток много и они очень разные. Но благодаря системе взаимодействий они формируют очень сложную и очень упорядоченную, хорошо работающую целостную систему.

Для того чтобы создать этот многоклеточный организм, клетки должны были стать разными, чтобы одни выполняли одну функцию, а другие – другую. Если это одноклеточный организм, какая-нибудь одноклеточная инфузория – это очень сложно организованная клетка, которая одновременно и организм. В многоклеточном организме разные клетки взяли на себя разные функции и поэтому стали разными. И им надо было научиться координировать свои действия, причем часто на очень большом расстоянии. В человеке клетки могут находиться на расстоянии метра, и тем не менее посылать друг другу сигнал. Разная информация гуляет по организму.

И когда возник многоклеточный организм, клеткам пришлось научиться осознанно умирать. Если организмы одноклеточные – они потенциально бессмертны. Клетка делится, из одной образуются две, из двух – четыре, но в принципе идет постоянная передача генетической информации, если клетка не умирает тем или иным «насильственным» способом.

В многоклеточном организме большая часть клеток обречена! Генетическую информацию они дальше никуда не передадут, это информация-пустышка. С появлением многоклеточных организмов проблема смерти становится очень актуальной, многие клетки должны постоянно умирать, потому что некоторые клетки недолговечны, а другие долговечны. Клетки мозга живут в течение всей жизни, а другие клетки живут и работают всего несколько дней, а потом умирают.

Существует даже отдельная наука, изучающая формируемые отдельными клетками комплексы, – гистология. Некоторые считают, что это – раздел клеточной биологии, некоторые отделяют, потому что это – действительно новое качество и здесь уже не важна отдельная клетка, важно их сообщество, потому что в многоклеточном организме клетки научились делать то, что, казалось бы, они не могут делать. Они такие маленькие и общаются на расстоянии метра. Они так заботятся о своем геноме, и они научились умирать, потому что это нужно для целого организма.

И весь спектр вопросов: строение клетки, как она функционирует на молекулярном уровне, как генетическая информация, которую важно сохранить, передается из поколения в поколение и как клетки общаются между собой, как они питаются, как размножаются, как они создают многоклеточный организм – вот этот спектр вопросов и есть предмет клеточной биологии, гистологии и некоторых других дисциплин, которые выделились из клеточной биологии за ее трехсотлетнюю историю.

Организм человека – это огромное многоклеточное государство. Клетка – структурная единица как растительных, так животных организмов. Наука, изучающая клетки, называется цитология.

По форме, строению и функциям клетки чрезвычайно разнообразны, но все они имеют общую структуру. А вот форма, размеры, и особенности строения клетки зависят от выполняемой органом функции.

Впервые о существовании клеток сообщил в 1665 году выдающийся английский физик, математик и микроскопист Роберт Гук. После открытия Гука клетки обнаруживали под микроскопом у всевозможных видов животных и растений. И все они имели общий план строения. Но в световой микроскоп можно было увидеть лишь цитоплазму и ядро. Появление электронного микроскопа позволило ученым не только увидеть другие, но и рассмотреть их ультраструктуру.

Основные части клетки – ядро, цитоплазма с органоидами и клеточная мембрана. Клеточная мембрана ограничивает живое содержимое клеток от окружающей среды. Важнейшим свойством плазматической мембраны является ее избирательная проницаемость, т.е. через нее в клетку свободно могут попадать лишь некоторые вещества. За счет этого свойства мембрана регулирует поступление веществ в клетку и обмен с внешней средой.

Цитоплазма – это жидкое содержимое клетки с находящими в ней органоидами. Основное вещество цитоплазмы – вода. Цитоплазма живых клеток находится в постоянно движении, что обеспечивает взаимосвязь всех органоидов и доступ к ним различных веществ.

К органоидам клетки относят эндоплазматическую сеть – систему многочисленных канальцев и цистерн, которые пронизывают всю цитоплазму. Эндоплазматическая сеть разделяет клетку на отсеки, обеспечивает сообщение между частями клетки и транспорт веществ. На эндоплазматической сети располагаются рибосомы. Это очень маленькие органоиды, но их функция очень важна для клетки – в рибосомах синтезируются белки.

Митохондрии – это достаточно крупные органоиды, которые можно увидеть даже в световой микроскоп. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление органических веществ кислородом воздуха. Выделившаяся в этом процессе энергия запасется в образующихся молекулах АТФ, которые способны при распаде отдавать свою энергию туда, где она нужна.

Еще один важный органоид клетки – это лизосома, которая представляет собой мембранный пузырек, заполненный пищеварительными ферментами, которые расщепляют поступающие в клетки органические вещества (белки, жиры и углеводы). Лизосомы производятся комплексом Гольджи.

Вблизи ядра обычно располагается клеточный центр, который играет важную роль при делении клеток. Он присутствует в клетках животных и низших растений.

Регуляторным центром клетки служит ядро. Оно отделено от цитоплазмы двойной ядерной оболочкой. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находятся хромосомы. Хромосомы содержат гены, определяющие наследственность организма. В ядре так же можно увидеть одно или несколько ядрышек. В них происходит формирование рибосом. Ядро регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, обеспечивает передачу и хранение наследственной информации.

Клетки состоят из неорганических и органических веществ. К неорганическим веществам клетки относятся вода и минеральные вещества. Вода служит катализатором (ускорителем) многих реакций и средой, где протекают все химические процессы. Водные растворы веществ образуют внутреннюю среду клетки. Минеральные вещества присутствуют в клетках в виде ионов или твердых нерастворимых солей. Они создают кислую или щелочную реакцию среды в клетках, входят в состав некоторых структур и влияют на протекание в клетках и в организме различных процессов.

Основную массу органических веществ составляют четыре класса химических соединений: липиды, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Основная функция жиров и углеводов – энергетическая, так они являются источником энергии для клеток. Не менее значимы и их строительная и запасающая функции. Но первое место среди органических веществ по разнообразию функций занимают, конечно же, белки. Они выполняют ферментативную функцию – ускоряют химические реакции в организме. Следующая важная функция белков – строительная. Нет ни одной структуры тела, которая не содержала бы в своем составе белка. Двигательная функция связана с сократительными белками, которые входят в состав мышечных волокон. Белки выполняют и защитную функцию. Они образуют антитела, защищающие организм от болезнетворных бактерий и вирусов. Регуляторные белки это гормоны, регулирующие обмен веществ в организме. Нуклеиновые кислоты занимают отдельное место среди органических веществ клетки. Они отвечают за хранение и передачу наследственной информации. В них закодирована информация о структуре всех белков организма.

Каждая клетка осуществляет все процессы, от которых зависит ее жизнь, т.е. питается, извлекает из пищи энергию, избавляется от отходов жизнедеятельности, воспроизводит себе подобных. В многоклеточном организме каждая клетка выполняет сверх того еще и некоторые специализированные функции, составляющие ее вклад в общую функцию организма. Например, мышечные клетки сокращаются, железистые клетки выделяют различные жидкости (пот, слюну или желудочный сок), нервные клетки вырабатывают нервные импульсы. Клетка – не только структурная, но и функциональная единица живого организма.

Клетка – это элементарная единица строения всего живого на Земле (кроме вирусов). Она обладает собственным обменом веществ и даже способна к обособленному существованию и размножению. В живой природе встречаются одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы. О том, каково строение этих клеток и что относится к их первостепенному функционалу, и пойдет речь ниже.

Строение растительной клетки и ее функции

Как уже было описано выше, живые организмы (в том числе и растения) могут состоять как из одной, так и из нескольких клеток. Также встречаются представители, состоящие из колонии (группы) клеток. Например, водоросль хламидомонада признана одноклеточным растением, водоросль вольвокс – колонией клеток, а подсолнечник – это уже многоклеточный организм.

По внешнему виду клетки растений разнообразны. По форме они напоминают призму, спираль, куб или овал, а также цилиндр. Это разнообразие объясняется тем, что форма клеток зависит от их размещения в организме растений и функций, которые они выполняют.

Кроме формы, клетки отличаются друг от друга еще и размерами. Одни представлены в организме как «гиганты» – их даже видно невооруженным взглядом (например, клетка стебля льна – 40 мм). Также в природе встречаются клетки длиной в 1 мм (например, клетка мякоти арбуза).

Что касается строения растительных клеток, то оно идентично и включает в себя следующие составляющие. Первый слой – клеточная оболочка, бесцветная и плотная. Она отделяет внутреннее содержание клетки от внешней среды и защищает от его вредного воздействия, в первую очередь от высыхания. Клеточная оболочка пронизана микроскопическими отверстиями – порами, через которые происходит обмен веществ. А состоит эта оболочка преимущественно из клетчатки (или целлюлозы), что и придает клетке необходимую прочность и плотность.

Внутри клетка наполнена цитоплазмой – бесцветной жидкостью с повышенной вязкостью и неоднородной структурой. При резком изменении температуры (нагревании или замораживании) цитоплазма разрушается, что приводит к гибели клетки, поскольку как раз в ней содержатся органоиды – структуры, отвечающие за процессы жизнедеятельности (лизосомы, рибосомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.)

Ядро – еще одна обязательная часть эукариотической клетки. Оно отвечает за ее рост, размножение или разделение. Однако главная функция ядра – передача наследственной информации от материнской клетки к дочерним.

Что касается строения ядра, то в его состав входят: ядерная оболочка, кариоплазма, ядрышки и хроматин (хромосомы). Форма ядра бывает различной: сферической, удлиненной, дисковидной. Расположение ядра в клетке непостоянно. В молодой растительной клетке чаще всего оно расположено ближе к центру. Во взрослых клетках ядро смещается к периферии, что связано с появлением крупной центральной вакуоли. Химический состав ядра представлен, главным образом, нуклеиновыми кислотами и белками.

Вакуоль, расположенная в центре клетки, заполнена клеточным соком, который является водным раствором органических и минеральных веществ. В клеточном соке есть разные красители, придающие цвет цветкам, плодам растений. Если вакуоль достаточно наполнена водой, то она похожа на воздушный шар. Спелые плоды, сочные стебли растений имеют большие вакуоли. А увядшие листья или цветки растений – наоборот, следствие того, что вакуоли теряют воду и это, в свою очередь, приводит к тем же изменениям и в органах растения.

Отличительной особенностью растительных клеток является наличие пластид. Они представляют собой шаровидные органоиды (органеллы). В зависимости от цвета, который придают пластидам пигменты, различают хлоропласты (зеленые пластиды), хромопласты (желто-красные пластиды) и лейкопласты (бесцветные пластиды). Каждый тип пластид выполняет свою функцию. Например, хлоропласты содержат пигмент хлорофилл, который дает зеленую окраску листьям; хромопласты окрашивают плоды, цветки растений в желтый, красный и розовый цвета.

Пластиды присутствуют только в растительных клетках. Они могут легко переходить из одного типа в другой. Например, преобразование лейкопластов в хлоропласты проявляется в позеленении клубней картофеля, хлоропластов в хромопласты – в окраске листьев осенью в красный, желтый и оранжевый цвета. В процессе жизнедеятельности растений пигменты пластид также разрушаются. Это происходит перед ноябрем.

Строение животной клетки и ее функции

Животные и растительные клетки имеют схожее строение и функции. Например, они одинаково состоят из клеточной мембраны, ядра с ядрышком, митохондрий, рибосом, эндоплазматической сети и ряда других органоидов и иных структур.

Однако, несмотря на схожесть, животным клеткам присущи индивидуальные характерные особенности, отличающие их от растительных клеток:
1. Животные клетки покрыты только клеточной (плазматической) мембраной. У них нет прочной клеточной оболочки (стенки), как у растительных клеток. С одной стороны, благодаря наличию этой оболочки растения обеспечены защитным «скелетом», но зато они не могут поглощать вещества с помощью захвата, питание проходит только через всасывание. А животные клетки используют захват как один из способов потребления полезных веществ. Также клеточная мембрана эластична, что дает возможность в некоторой степени менять форму клетки.
2. В отличие от растительной клетки, у животной нет пластид, в том числе хлоропластов. В результате животная клетка не способна к автотрофному питанию, а питается гетеротрофно.
3. В животной клетке присутствует центриоль (клеточный центр), обеспечивающий образование веретена деления и расхождение при этом хромосом. Такой клеточной структуры у растительной клетки нет.

Интересные факты о клетках человеческого организма

1. Организм человека состоит из 220 миллиардов клеток, которые подразделяются на 200 обособленных групп. Но четко различаются две категории:
• 20 миллиардов «бессмертных», главным образом нервных клеток (нейронов), образующих нервные ткани и существующих на протяжении всей человеческой жизни;
• 200 миллиардов «смертных», которые постоянно замещаются.

2. Продолжительность существования клеток:
• кишечника – 5 дней;
• эритроцитов – 120 дней;
• печени – 480 дней;
• нейронов – 100 лет и более;
• мышечных тканей – 100 лет и более.

3. У человека каждые 27 дней вырастают новые внешние клетки. Речь идет о коже, которая защищает внутренние органы от внешних воздействий, постоянно сохраняя свою прочность за счет обновления клеток.

Интересные факты о растительных клетках

1. Мимоза стыдливая получила такое название благодаря резкому понижению давления в клетках при взаимодействии с любым внешним раздражителем, из-за чего лепестки растения сворачиваются. Такая реакция происходит из-за оттока воды при выделении химических веществ.

2. Китайская крапива обладает прочнейшими клетками волокон. Подтверждением выступает экспериментально доказанный факт: прочность растения на разрыв волокон в среднем составляет 95 килограмм на 1 миллиметр.

3. Жалящее действие крапивы обеспечивается наличием на ее стеблях стрекательных клеток. Механизм действия такой: когда человек прикасается к растению, конец клетки впивается в кожу и выпускает свое содержимое (витамин В4, муравьиную кислоту и гистамин).

Возможно, первая живая клетка появилась в солевом растворе, содержащем крупные биомолекулы, спонтанно собравшиеся в кластер. Химикам удалось воспроизвести подобный процесс в лаборатории.

Как сформировалась первая клетка? Этот вопрос напоминает дилемму про то, что первично – курица или яйцо. Клетка не может функционировать без клеточной стенки, но откуда взяться клеточной стенке, если нет клетки? Ученые из Университета Неймегена (Нидерланды) показали, что вначале была клетка: при некоторых условиях протоклетка может формироваться и сохранять свою целостность без клеточной стенки.

Химики изготовили солевой раствор, также содержащий биомолекулы, обычно запертые внутри клетки (ДНК, РНК, ферменты, белки). При повышении концентрации соли эти крупные биомолекулы спонтанно сгруппировались, образовав протоклетку, в которой шли процессы транскрипции и трансляции (переноса генетической информации с ДНК на РНК) и синтеза белков на основе этой информации – со скоростью, более близкой к условиям живой клетки, чем обычного «бульона» из солей и биомолекул.

Профессор Вильгельм Гек (Wilhelm Huck), возглавлявший исследования, полагает, что его группа подошла к созданию синтетической клетки ближе, чем кто-либо до них.

Живая клетка рождается в результате деления материнской клетки, проходит жизненные циклы и в конце концов умирает. Клетки погибают «от старости» или каких-либо повреждений. Но вот оказалось, что они могут умирать и без видимых причин, самопроизвольно. И такая гибель – важный защитный механизм организма животных и человека.

Середина XIX века – время зарождения цитологии, науки о клетке. Именно тогда открыли, что живой организм состоит из отдельных клеток, которые постоянно размножаются – без этого не было бы ни роста, ни развития. И стало ясно, что такой процесс не может продолжаться бесконечно. В противном случае старики достигали бы размеров слона. Естественно, что для сохранения постоянства массы, формы да и функции тела какая-то часть клеток должна непрерывно отмирать. До недавнего времени считалось, что процесс отмирания – исключительно дегенеративный: клетка стареет, в ней накапливаются повреждения, замирает обмен веществ, она работает все хуже, чахнет и, наконец, погибает. Его, по существу, не отличали от того варианта гибели клеток, который происходит при травме, воздействии ядов, прекращении кровоснабжения и т. п., – некроза. То есть процесс отмирания рассматривали как катастрофу, а не как физиологически естественное явление.

Однако спустя столетие ученые поняли, что все происходит совсем иначе – клетки отмирают без видимой причины, и такая самопроизвольная гибель отличается от некроза. Жила, жила клетка и вдруг по непонятным причинам «умерла», причем без признаков воспаления и рубцевания.

Механизм программируемой гибели клеток теперь выяснен достаточно полно. Причиной гибели клетки может быть ее растворение, или, говоря научным языком, лизис. В 50-х годах XX века установили, что внутри клеток имеются макроскопические пузырьки – лизосомы. В них содержатся переваривающие ферменты, вроде тех, которые выделяются в желудке и кишечнике. Если целостность этих пузырьков по тем или иным причинам нарушается, то ферменты изливаются в протоплазму клетки и начинают «переваривать» ее содержимое. Это приводит к постепенному растворению, распаду клетки на части, и в итоге – к ее гибели.

Высказывалось также предположение, что программируемая смерть клетки может происходить и из-за избытка супероксид-радикалов. Суть механизма в следующем. Жизнедеятельность клетки требует кислорода, который обеспечивает ее энергией. Молекула кислорода, как известно, состоит из двух атомов и обозначается знаком О₂. Если написать ее структурную формулу, то получается 0=0. В таком виде кислород не слишком реакционно способен. Да простят нас химики, но для упрощения скажем, что под действием ферментов в живых тканях из молекул 0=0 постоянно образуются молекулы типа -0-0-, атомарный кислород -0-, гидроксильные радикалы Н-0- или озон -0-0-0-, очень сильные окислители. У них, выражаясь образно, атомы кислорода не держатся друг за друга, а имеют одну или две свободные руки (валентности), готовые «схватить за руку» любой другой атом.

В физиологических условиях из поступившего в организм кислорода воздуха примерно 5-6% его молекул образует такие супероксидные формы, которые в небольшом количестве опасности не представляют. Но при воздействии радиации, некоторых ядов, четыреххлористого углерода, печально известных диоксинов, при вирусных заболеваниях и некоторых нарушениях обмена веществ и т.п. супероксидные радикалы образуются в избытке. В этом случае они начинают окислять совсем не то, что требуется, в частности внешние и внутренние оболочки клеток. Как полагают многие исследователи, окислительные процессы провоцируют возникновение таких заболеваний, как склероз, гипертония, снижение иммунитета, рак, слабоумие. Окисление мембраны клеток дезорганизует работу ферментов, затрудняя проникновение в клетку ионов и питательных веществ, что ведет к невероятной путанице в согласованности работы клеточных механизмов и в конечном итоге заканчивается гибелью клетки.

Существует еще один вариант программируемой клеточной гибели, так называемая «кальциевая смерть». Она имеет много причин, но суть ее сводится к тому, что избыток ионов кальция, находящийся в межклеточной жидкости, по тем или иным причинам поступает в протоплазму клетки, активирует там ряд ферментов, что ведет сначала к нарушению обмена веществ, а затем и распаду клетки.

Термин «апоптоз» был предложен в 1972 году американским исследователем Дж.Керром для описания программируемой гибели клетки. Слово это происходит от греческих слов «апо» – завершенность и «птоз» – падение и может быть переведено как «опадание листьев». Суть термина подчеркивает его естественность, физиологичность в отличие от некроза – смерти от повреждения. Проходит жизненный цикл, и падают плоды, опадают листья.

Апоптоз – принципиально новое фундаментальное понятие в клеточной биологии. Керр и его сотрудники сформулировали основные признаки апоптоза. Во-первых, при апоптозе распад клетки начинается с ядра – оно сморщивается и распадается на отдельные фрагменты. Во-вторых, апоптирующая клетка уменьшается в объеме и как бы отделяется от соседей. В-третьих, меняются свойства ее мембраны, в результате чего она легко распознается макрофагами (пожирателями клеток). В-четвертых, сохраненные мембраны образуют на месте погибшей клетки живые капельки с функционирующими органеллами, которые поглощаются клетками-соседями или макрофагами. На месте погибшей клетки ничего не остается.

Апоптоз запрограммирован генетически. Пока гены, инициирующие самоубийство, неизвестны. Скорее всего, гены-«убийцы» спят, но под влиянием каких-либо сигналов «просыпаются», подготавливая клетку к самопроизвольной гибели. Факторов, которые могут подстегнуть клетку к самоубийству, очень много. И механизмы апоптоза применительно к каждому случаю тоже различны.

В наглядной форме апоптоз наблюдается в какой-либо ткани, отслужившей свой срок. Так отмирает хвост у головастиков, изменяется форма и размеры эмбриона. Уменьшение объема грудной железы после окончания лактации происходит без всякого некроза, атрофия предстательной железы после кастрации тоже. Отмирает и то, что отслужило свой срок. Во взрослом организме апоптоз происходит постоянно. Он наиболее распространен у короткоживущих клеток, например выстилающих кишечник, клеток кожи, клеток крови.

Апоптоз является защитным механизмом организма. При инфаркте в результате тромбоза отмирает участок сердечной мышцы. Под микроскопом видно, что в погибшей мышечной ткани некротические клетки чередуются с апоптозными. Разница между ними существенная, поскольку на месте некроза возникает воспаление и рубец, а на месте апоптоза – соседние клетки замещают погибшие.

Апоптоз защищает человека от вирусной инфекции. Если живую клетку поражает вирус, она становится опасной для соседей, поскольку вирус «запускает» свою ДНК в ее ядро. Инфицированные клетки размножаются и заражают соседние. Чтобы помочь справиться с инфекцией, иногда клетка «кончает жизнь самоубийством» вместе с опасными вирусами.

Самоуничтожение клеток, пораженных вирусом, уменьшает число больных клеток, при этом распадаются и вирусные ДНК. Другой вид апоптоза – самоуничтожение мутировавших клеток. Клетка-мутант, не только раковая, хотя она и наиболее опасна, но и любая другая, распознается как чужеродная, и организм «дает команду» на ее самоуничтожение.

Ну и наконец: ударился человек обо что-то. Но не сильно. Так, ушиб. Но клетки-то повреждены, следовательно неполноценны. А вдруг в них попадут микробы? Поэтому поврежденным дефектным клеткам тоже приходится апоптировать, чтобы не подвергать опасности весь организм.

Важным различием между некрозом и апоптозом является следующее: если некроз – это катастрофическая и необратимая смерть, то апоптоз – это лишь подсказанная разнообразными факторами идея о целесообразности самоубийства. Значит, в развитие апоптоза можно вмешаться: если надо – ускорить, если надо – замедлить. Например, замедлить атрофию нейронов и ускорить гибель раковых клеток.

Апоптоз, как уже говорилось, генетически запрограммирован, поэтому он развивается поэтапно, а не разворачивается подобно пружине. Каждой его стадией можно управлять при помощи лекарственных препаратов. В 1998 году японскими исследователями было установлено, что дробление ДНК при апоптозе начинается с ее ферментативного расщепления на крупные фрагменты. Добавив активатор или блокатор фермента, можно регулировать апоптоз на самой начальной стадии – фрагментации ДНК, что позволит направлять клеточное самоубийство в нужном направлении: например, активировать при злокачественных опухолях или подавлять при инфаркте миокарда.

В настоящее время выявлены физиологические блокаторы апоптоза, в частности фактор роста, нейтральные аминокислоты, цинк, противовоспалительные вещества, гормоны: эстрогены, андрогены, блокаторы ферментов (цистеиновых протеаз) и фенобарбитал (люминал).

Теперь третье, самое реальное. Если смерть клетки от апоптоза обратима, то с ней мы вполне можем побороться для того, чтобы предохранить хотя бы часть органа или ткани от гибели при патологических процессах. Сделать это можно, например, сохраняя целостность клеточных мембран. Она обеспечивается входящими в их состав липидами (особый вид животных жиров), особенно одной из разновидностей липидов – фосфолипидами. В терапии уже давно и с успехом используется целый набор препаратов, содержащих фосфолипиды.

Особенно популярен комплексный липидный препарат эссенциале. Аминокислоты также защищают мембраны от разрушения. Среди них – метионин, гистидин, цистеин, для защиты нервных клеток мозга применяют аминокислотный препаратцеребролизин.

Защита мембран и прочих компонентов клеток от переокисления у здорового человека обеспечивается естественными антиоксидантами, но при болезнях, протекающих с явлениями клеточного апоптоза, например при инфаркте миокарда, гепатите, снижении иммунитета, некоторых болезнях надпочечников, антиоксидантов не хватает и тогда эффективными оказываются витамины-антиокислители, к которым относятся (по мере убывания активности) витамины Е, С, А и К. В последние годы создано много эффективных синтетических антиоксидантов, в том числе мексидол, эмоксипин, ионол и другие.

Весьма полезны для предотвращения апоптоза средства, снижающие уровень кальция внутри клетки. Обычно их используют для лечения стенокардии. При стенокардии снижается приток крови к сердечной мышце, что создает все условия для апоптоза ее клеток. Даже в том случае, если инфаркт предупредить не удается, то при регулярном употреблении средств, снижающих уровень кальция, он ограничивается лишь зоной неизбежного некроза, а клетки, уже приготовившиеся для самоубийства ради спасения себе подобных, остаются живы. Таким образом, иногда удается спасти от гибели хотя бы часть сердечной мышцы.

Механизм апоптоза только начинает изучаться, а фармакологи уже могут предложить свои эффективные лекарственные препараты, способные управлять этим процессом, что не может не радовать.

В этой статье рассмотрена лишь обобщенная информация о строении растительных и животных клеток. На практике же видно, насколько уникальны составляющие всех живых элементов природы, будь то строение клеток бактерий, грибов или обыкновенного лука. Только при изучении биологии, с помощью теоретического и практического подходов, можно создать комплексную картину структуры всех живых организмов на Земле.