Как и у людей, клетка может предпочесть героическому поведению предательство. Она отказывается покончить с собой и начинает уже неконтролируемое организмом деление. Образуется множество бесконтрольно делящихся клеток. Так появляются раковые опухоли. Они живут отдельной от организма жизнью: переключают на себя питание, обзаводятся собственной сетью кровеносных сосудов. И в конце концов гибнут вместе с заболевшим человеком.
Подведем итоги этой главы:
1. Все важные для жизни процессы происходят за счет химических связей, вызываемых исключительно электростатическими силами. Сильная ковалентная связь возникает, когда атомы делят общий электрон, а слабая водородная связь – общий протон (ядро водорода). Водородная связь обеспечивает связи между нуклеотидами в ДНК: T – A и C – G. Ковалентная связь образует молекулы воды в форме диполей, заполняющих клетку и не позволяющих молекулам самопроизвольно соединяться. Для соединения молекул в живой клетке необходим фермент, который как бы раздвигает диполи воды и сближает молекулы так, чтобы они могли соединиться, а затем отпускает.
2. Жизнь на Земле существует в форме клеток, окруженных довольно прочной оболочкой. В центре клетки помещено маленькое ядро, хранящее информационную молекулу ДНК. Записанная в гене в кодах ДНК информация транскрибируется в коды РНК. В рибосоме информация транслируется из кодов РНК в белковый код аминокислот – синтезируется белок. Далее в эндоплазматической сети под действием ферментов белки обрабатываются и собираются, а в комплексе Гольджи белки модифицируются и сортируются. Бракованные белки утилизируются или выбрасываются из клетки.
3. Молекула ДНК человека, содержащая около 3 млрд пар нуклеотидов, разделена в ядре на 46 частей, названных хромосомами. Они образуют 22 пары (от отца и матери) и 2 половых хромосомы. Довольно длинная, почти двухметровая ДНК наматывается на белки-гистоны и невероятно плотно упаковывается в малюсеньком ядре. Для начала работы участок ДНК, содержащий ген, должен освободиться и распутаться (деконденсироваться), чтобы к нему мог подойти специальный белок-промотор, строящий соответствующую молекулу РНК. Промотору может помешать прикрепленная к ДНК молекула метила. В этом случае соответствующий ген заблокирован. Копирование ДНК при делении клетки осуществляет ДНК-полимераза, которая прикрепляется к краю каждой хромосомы, называемому «теломера». Поскольку часть теломеры, на которой крепится ДНК-полимераза, не копируется, теломера с каждым делением укорачивается.
4. Форму клетки определяет гибкая оболочка и цитоскелет, состоящий из трубочек и нитей, по которым транспортируются белки. При этом трубочки и нити цитоскелета быстро строятся по мере потребностей и разбираются при ненадобности. В клетке работает несколько видов удивительных молекулярных машин, важнейшие из которых – калиево-натриевый насос, поддерживающий повышенную концентрацию калия и пониженную натрия в клетке по сравнению с межклеточной жидкостью, и АТФ-синтаза, образующую молекулу транспорта энергии АТФ. Невероятно, но АТФ-синтаза – полная копия электромагнитного мотора со статором и ротором.
5. Клетка рождается при делении клетки-родителя путем сложного и многоступенчатого процесса деления – митоза. Иначе происходит рождение половых клеток – мейоз. В результате соединения мужской и женской половых клеток рождается первая клетка нового организма (зигота). Удивительно, но она появляется на свет совершенно обновленной и готовой к огромному числу новых делений. Значит, есть возможность полного омоложения на клеточном уровне. Смерть клетки часто носит характер самоубийства, называемого «апоптоз». Это очень полезный процесс самоуничтожения больных или старых клеток с их полной разборкой «на запасные части» для здоровых клеток. Однако есть клетки, которые хотят жить вечно. Они восстают против установленного порядка и становятся раковой опухолью.
Глава 1.3. Как устроены системы и органы человека
В главе 1.1 мы описали, как работает сообщество клеток, коим, в сущности, и является человек, в самых общих чертах. Во главе 1.2 уже довольно подробно описаны устройство и жизнь клеток. В этой главе мы рассмотрим отдельные системы жизнеобеспечения и входящие в них важнейшие органы человека. Возможно, некоторым читателям известно, как устроены основные системы человека, – тогда он может пропустить известные ему разделы. Нам необходимо это описание для целостности картины, чтобы во второй части книги рассмотреть старение этих систем и связанные со старением болезни, а в третьей части – возможные способы лечения этих болезней и, в определенном смысле, самого старения.
1.3.1. Система пищеварения и энергетического обеспечения человека
Мы начинаем с системы пищеварения, поскольку она, по-видимому, является самой древней. Эта система напоминает огромного червя, которого окружают другие, эволюционно появившиеся гораздо позже системы и органы человека.
В главе 1.1 мы рассмотрели важнейшие составляющие нашей пищи: углеводы, белки и жиры. Целью пищеварительной системы является превращение этих компонент в более простые вещества: углеводов – в глюкозу; белков – в аминокислоты; жиров – в жирные кислоты. Аминокислоты и жирные кислоты клетка умеет превращать в универсальное клеточное топливо ацетил-КоА, из которого довольно сложным, но чрезвычайно эффективным способом (цикл Кребса, фактически сжигание глюкозы) клетка производит энергию. Затем эта энергия на специальном станке (АТФ-аза) преобразуется в энергию химической связи молекулы АТФ, которая участвует практически во всех реакциях организма, требующих энергетических затрат.
Когда мы съедаем какую-нибудь пищу, она при необходимости пережевывается зубами, перемешивается со слюной языком и превращается в пищевой комок. В главе 1.1.4 мы довольно тщательно рассмотрели приготовление углеводов, белков и жиров для их потребления клеткой. Теперь мы изучим эти же процессы с другой стороны: более детально остановимся на работе органов пищеварительной системы. Поскольку мы описываем одни и те же процессы с разных позиций, некоторые важные моменты будут повторены, но, по моему мнению, частичные повторы очень полезны при изучении сложных тем.
Мы будем двигаться по пищеварительной системе сверху вниз, следя за пищевым комком (рис. 1.3.1).
Рот и слюнные железы. Первые превращения пища претерпевает уже во рту под действием слюны. Слюноотделение осуществляется множеством слюнных желёз, среди которых выделяется три пары больших слюнных желёз: околоушные, подчелюстные и подъязычные слюнные железы. Их расположение очевидно из названий. Остальные железы считаются малыми. Железы выделяют 1–2 литра слюны в сутки.
Пища во рту (16–18 секунд до проглатывания) анализируется рецепторами, и результаты анализа передаются всем органам пищеварения для соответствующей подготовки. Слюна – активный пищеварительный сок. В ней содержится около 50 различных ферментов, обеспечивающих ротовое пищеварение. За счет ферментов (амилазы и мальтазы) слюна расщепляет углеводы до простых сахаров. Она смачивает и склеивает пищевой комок. Кроме того, некоторые ферменты могут убивать определенные вирусы и дезинфицировать пищу.
Пищевод – следующий этап прохождения пищевого комка – представляет собой полую, покрытую внутри слизью трубку из мышечной ткани, идущую от гортани до желудка. Со стороны глотки и желудка расположены два запирающих клапана (сфинктера), препятствующих выбрасыванию агрессивных жидкостей из желудка в пищевод (нижний сфинктер) и из пищевода в глотку (верхний сфинктер)[56]. Пищевой комок транспортируется по пищеводу под действием самопроизвольных мышечных сокращений 8–10 секунд.