Мечта архитектора

Внеклеточные структуры особенно выражены у растений, где они формируют непрерывный жесткий каркас, в котором каждая отдельная клетка имеет собственную камеру — начальные «клетки», впервые обнаруженные Робертом Гуком в виде микроскопических ячеек в куске пробки. Основной компонент этой твердой сети получил название целлюлозы. Наиболее распространенная среди всех органических веществ на земле, целлюлоза, по определению химиков, есть не что иное, как полимер простого сахара — глюкозы. Полимеры — это гигантские молекулы, образованные многими частями , так называемыми мономерами . Все пластмассы и искусственные волокна представляют собой полимеры. Полимерами являются также основные составные элементы живых организмов, включая полисахариды , к которым принадлежит целлюлоза, и белки (протеины), к которым мы вскоре перейдем. В отличие от искусственных полимеров, которые обычно имеют неопределенную величину, ограниченную по существу матрицей в момент полимеризации, естественные полимеры имеют определенную молекулярную величину. Они состоят из макромолекул , в которых строительные блоки собраны определенным образом. Их молекулярные массы варьируют в основном от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч дальтон (дальтон — масса атома водорода). В исключительных случаях макромолекулы достигают одного миллиона дальтонов или более. Соответственно объем молекул, если они имеют глобулярную структуру, измеряется несколькими нанометрами. Фибриллярные молекулы могут вырастать до нескольких сотен нанометров в длину. Большая часть макромолекул по своему характеру фибриллярна и от природы наделена свойством образовывать характерные мультимакромолекулярные соединения. Часто эти соединения закрепляются химическими поперечными мостиками.
Целлюлоза представляет собой очень простой полимер, состоящий исключительно из одного типа мономера — глюкозы. Таким образом, по своему составу он идентичен крахмалу, основному углеводному резервному веществу растительных клеток, и гликогену, аналогу крахмала в клетках животных. И тот, и другой являются простыми полимерами глюкозы. Однако благодаря особенностям химической структуры целлюлоза чрезвычайно устойчива к разрушению, как химическому, так и биологическому. В очищенном виде она .служит в качестве почти нерасщепляющегося фиброзного компонента хлопка, льна и бумаги и таких химических производных веществ, как ацетат целлюлозы или целлофан. Целлюлозу могут разрушать только некоторые микроорганизмы. Основной экологической нишей этих микроорганизмов является пищеварительный тракт травоядных животных, что вне всяких сомнений только идет на пользу последним, ибо благодаря своим «милым гостям», они в состоянии переваривать целлюлозу. У большинства же других млекопитающих — в том числе и у нас с вами — целлюлоза выделяется в почти неизменном виде. Она составляет волокнистую часть нашей пищи и в значительной степени формирует плотную часть кала. Растения наряду с целлюлозой используют и ряд других структурных молекул. В частности, исключительная упругость деревьев обеспечивается содержанием в них фенольного полимера, называемого лигнином .
Бактерии также полностью окружены плотной стенкой. Она состоит из ряда веществ, характерных исключительно для мира бактерий. Эта стенка действует как защитная оболочка, помогающая бактериальной клетке выдержать тяжелые условия окружающей среды. Благодаря ей бактерии — возбудители инфекционных заболеваний — способны уклоняться от наших средств защиты или сопротивляться им. Оболочка некоторых бактерий даже после их гибели сохраняет способность совершать токсическую атаку. В свою очередь наши собственные клетки, особенно лейкоциты — основные защитники человека — способны «узнавать» только оболочку врага. Они бросаются в бой и в конечном итоге убивают бактерии при помощи сложных движений, обусловленных химическим распознаванием (некоторые из этих механизмов рассматриваются в гл. 4 и 5). Любопытно, что пенициллин и родственные ему антибиотики убивают микробы, нарушая структуру их клеточной стенки, и таким образом блокируют рост бактерий. Лизоцим —- естественный антибактериальный агент, встречающийся в лейкоцитах и в слезной жид-кости, убивает бактерии, разрушая их Стенку.
В животном мире отдельные клетки редко окружены оболочкой. Чаще всего они, тесно прижавшись друг к другу, образуют характерной формы кластеры, которые в свою очередь скрепляются и поддерживаются внеклеточными структурами различного вида. Эти свойства клетки в значительной степени объясняют богатство организации и эволюционную способность животного мира. В качестве примера можно привести развитие нервной системы. К сожалению, у нас нет времени для того, чтобы исследовать архитектурные особенности каждой ткани или органа, которые удивительным образом приспособлены для выполнения своей функции. Посмотрим лишь на основные компоненты, которые используются для этой удивительной конструкторской деятельности. Некоторые из этих компонентов принадлежат к очень важному классу белков, с представителями которого нам предстоит еще не раз встретиться во время нашего путешествия. А теперь наступил момент, когда необходим своего рода брифинг по вопросам химии.

Добавить комментарий