Всем известно, что человек является эукариотом. Это значит, что все его клетки имеют органеллу, в которой заключена вся генетическая информация, - ядро. Однако существуют и исключения. Есть ли в организме человека безъядерные клетки и каково их значение для жизнедеятельности?

Безъядерные клетки человека

Их нельзя сравнивать с прокариотами, обладающими типичным строением. Что же это за безъядерные клетки? Ядра нет в клетках крови - эритроцитах. Вместо данной органеллы они содержат сложный химический комплекс веществ, позволяющий им выполнять важнейшие для организма функции. Кровяные пластинки - тромбоциты и лимфоциты - также безъядерные клетки. Ядра нет и в клетках, которые называют стволовыми. Все перечисленные структуры объединяет еще один признак. Поскольку в них отсутствует ядро, они не способны к размножению. Это значит, что безъядерные клетки, примеры которых были приведены, после выполнения своей функции гибнут, а новые образуются в специализированных органах.

Эритроциты

Именно они определяют цвет нашей крови. Безъядерные клетки крови эритроциты имеют необычную форму - двояковогнутого диска, которая значительно увеличивает их поверхность при относительно малых размерах. Зато количество их просто поражает: в 1 кв. мм крови их находится до 5 млн! В среднем эритроцит живет до четырех месяцев, после чего погибает и нейтрализуется в селезенке и печени. Новые клетки формируются каждую секунду в красном костном мозге.

Функции эритроцитов

Что же вместо ядра содержат эти безъядерные клетки? Называются эти вещества гем и глобин. Первое является железосодержащим. Оно не только окрашивает кровь в красный цвет, но и образует нестойкие соединения с кислородом и углекислым газом. Глобин представляет собой вещество белковой природы. В его крупную молекулу погружен гем, содержащий заряженный ион железа. По механизму действия эти клетки можно сравнить с маршрутным такси. В легких они присоединяют кислород. С током крови он разносится ко всем клеткам и высвобождается там. При участии кислорода происходит процесс окисления органических веществ с выделением определенного количества энергии, которую человек использует для осуществления жизнедеятельности. Освободившееся место тут же занимает углекислый газ, который движется в обратном направлении - в легкие, где выдыхается. Этот процесс является необходимым условием жизни. Если кислород не поступает к клеткам, происходит их постепенное отмирание. Это может быть опасным для жизни организма в целом.

Эритроциты выполняют еще одну важную функцию. На их мембранах находится белковый маркер, который называется резус-фактором. Этот показатель, как и группа крови, очень важен во время переливания крови, при беременности, донорстве и хирургических операциях. Его обязательно устанавливают, поскольку при несовместимости может произойти так называемый резус-конфликт. Он является защитной реакцией, но может привести к отторжению плода или органов.

Нерациональное питание, вредные привычки, загрязненный воздух могут вызвать разрушение эритроцитов. Вследствие этого возникает тяжелое заболевание, которое называется анемией, или малокровием. При этом человек чувствует головокружение, слабость, одышку, шум в ушах. Кислородная недостаточность негативно сказывается на физической и умственной деятельности человека. Особенно опасна она в период беременности. Если через пуповину к плоду поступает недостаточно кислорода, это может привести к серьезным нарушениям в его развитии.

Строение тромбоцитов

Безъядерные клетки тромбоциты еще называют кровяными пластинками. В неактивном состоянии они действительно имеют плоскую форму, напоминающую линзу. А вот при повреждении сосудов они набухают, округляются, образуют непостоянные выросты наружного слоя - псевдоподии. Тромбоциты образуются в красном костном мозге и живут недолго - до 10 дней, обезвреживаясь в селезенке.

Процесс образования тромба

Матрикс кровяных пластинок содержит фермент, который называется тромбопластином. При нарушении целостности сосудов он оказывается в плазме. Под его действием белок крови протромбин переходит в свою активную форму, в свою очередь, действуя на фибриноген. В результате это вещество переходит в нерастворимое состояние. Оно превращается в белок фибрин. Его нити тесно переплетаются и образуют тромб. Защитная реакция свертывания крови предотвращает кровопотери. Однако образование тромба внутри сосуда очень опасно. Это может привести к его разрыву и даже гибели организма. Нарушение процесса свертываемости называется гемофилией. Это наследственное заболевание характеризуется недостаточным количеством тромбоцитов и приводит к излишней потере крови.

Стволовые клетки

Эти безъядерные клетки называются стволовыми не зря. Они действительно являются основой для всех других. Их еще называют "генетически чистыми". Стволовые клетки находятся во всех тканях и органах, но больше всего их содержит костный мозг. Они способствуют восстановлению целостности там, где это необходимо. Стволовые превращаются в любые другие при их разрушении. Казалось бы, при наличии такого волшебного механизма человек должен жить вечно. Почему же этого не происходит? Все дело в том, что с возрастом интенсивность дифференциации стволовых клеток значительно уменьшается. Они уже неспособны восстановить разрушенные ткани. Но есть и еще одна опасность. Существует большая вероятность превращения стволовых клеток в раковые, что неминуемо приведет к гибели любой живой организм.

Безъядерные клетки: примеры и черты отличия

В природе безъядерные клетки встречаются достаточно часто. Например, прокариотическими являются сине-зеленые водоросли и бактерии. Но, в отличие от безъядерных клеток человека, они не гибнут после выполнения своей биологической роли. Дело в том, что прокариоты имеют генетический материал. Поэтому они способны к делению, которое происходит путем митоза. В результате образуются две генетические копии материнской клетки. прокариот представлена кольцевой молекулой ДНК, которая удваивается перед делением. Этот аналог ядра еще называют нуклеоидом. У растений безъядерными являются живые клетки -

Итак, безъядерные клетки человека неспособны к делению, поэтому они существуют непродолжительный промежуток времени до выполнения своей функции. После этого происходит их разрушение и внутриклеточное переваривание. К ним относятся форменные элементы (эритроциты), кровяные пластинки (тромбоциты) и стволовые клетки.

Уникальность зарождения органической жизни на Земле состоит в том, что в результате сложных реакций, которые природа неоднократно воспроизводила с неорганическими соединениями, возникла структура, способная сама себя повторять. Говоря современным языком – наследовать. Путь, пройденный протонами, электронами и ионами при построении сложных макромолекул сегодня пытаются воссоздать в научных лабораториях. Первыми помощниками ученых в этих опытах являются бактерии. В основе сотрудничества человека и простейших лежит то обстоятельство, что в клетках бактерий нет оформленного ядра с наследственной информацией. Их реплицирующий механизм прост и, судя по всему, является достоверной моделью первых удачных попыток природы передавать наследственные данные от одного организма другому.

Нуклеоид – замена ядру в клетке бактерии

Если упрощенно описать живую клетку, то самая простая схема будет выглядеть следующим образом: отделенное мембраной от внешнего мира пространство, наполненное внутриклеточным веществом, в котором протекают биохимические процессы, способные организовать самостоятельное размножение биоструктуры. Эта миссия является определяющей для существования органической жизни.

Передача наследственной информации может осуществляться двумя разными путями, в зависимости от устройства внутриклеточного хранилища, в котором эта информация содержится:

1. У эукариотов роль такого хранилища играет оформленное ядро, которое состоит из мембраны, изолирующей ДНК от остального пространства клетки, и самой макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, упакованной в хромосому. Ядро считается органеллой эукариотической клеточной структуры.
2. В прокариотических (бактериальных) клеточных конструкциях ДНК никак не отделена от остального внутриклеточного вещества, а только компактно упаковано в нуклеоид – кольцевую хромосому с генетической информацией, выполняющую роль ядра.

Есть гипотеза, согласно которой предок оформленного эукариотического ядра – бактерия-симбионт. На заре зарождения ядерных организмов эта бактерия-симбионт стала частью прототипа эукариотической клеточной конструкции и сумела наладить эффективное сотрудничество по передаче наследственной информации.

Бактерия снабжала эукариотическую клетку при делении наследственной информацией, а в качестве вознаграждения за труд получала те питательные вещества, которые синтезировались большим эукариотом, а со временем стала ядром.

Так это было на самом деле или нет, ученым еще предстоит разобраться, а на сегодня они имеют почти полное представление о нуклеоиде бактерии и о тех функциях, которые он выполняет в бактериальной клетке.

Форма нуклеоида и его положение

Одна из основных характеристик нуклеоида – хранителя ДНК бактерии – его кольцевое строение. Однако уже сегодня, по результатам современных исследований, бактериологи различают разные формы устройства нуклеоид. Он может выглядеть как:

• бобовидное тело;
• клубок спутанных толстых веревок;
• кораллоподобная структура с ветвями, ширящимися по всему пространству микроорганизма.

Форма нуклеоида зависит от того, какие белки упаковывали макромолекулу ДНК в хромосому.

В связи с тем, что ядро в бактерии отсутствует, в процессе эволюции был создан способ крепления нуклеоида к цитоплазматической мембране. Это крепление обеспечивает быструю и надежную репликацию хромосом.

Кроме того, согласно данным последних научных исследований, ДНК в нуклеоиде бактерии не является единичной макромолекулой. В некоторых случаях нуклеоид бактерий содержит от 9 до 18 кольцевых ДНК.

Также есть данные, полученные лабораторным путем, что далеко не все ДНК, которые содержатся в прокариотах, имеют кольцевую структуру. Так, например, ДНК спирохеты бореллия (Borrelia burgdorferi), возбудителя клещевого спирохетоза, имеет линейное строение.

Все основные параметры нуклеоида, который содержит наследственную информацию бактерии, активно изучаются, и сегодня этот клеточный органоид характеризуется как:

• кольцевая структура (имеются исключения в виде линейных макромолекул);
• одиночная хромосома (имеются исключения).

Способы репликации

Репликация молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты напрямую связана со способом упаковки и хранения наследственной информации.

Репликация – воспроизводство дочерней ДНК по матрице родительской макромолекулы ДНК. Выделяют три основных вида:

• консервативный (без раскручивания спирали);
• полуконсервативный (родительская спираль раскручивается, и обе части являются матрицами для синтеза дочерних макромолекул);
• дисперсивный (родительская ДНК распадается на множество фрагментов, которые и берутся за основу для синтеза дочерних макромолекул).

В бактериальной клетке репликация идет по полуконсервативному пути. Раскручивание родительской молекулы происходит в результате воздействия ферментов, а по завершении процесса репликации и оформления двух нуклеоидов в теле бактериальной клетки, процесс деления входит в свою самую активную фазу.

Митохондрии

Обеспечение живой клетки энергией – ответственная миссия. Если она будет провалена, никакой речи о делении и наследстве идти не будет.

В бактерии, в которой отсутствуют специальные органеллы (митохондрии) для синтеза АТФ, энергия производится непосредственно в цитоплазме и потребляется всеми клеточными структурами.

У эукариотов совершенно другая картина. Большие клеточные конструкции не могут себе позволить пустить на самотек процесс обеспечения всех своих составляющих энергией. Именно для этих целей служит своеобразная энергетическая станция – митохондрия.

Строение митохондрии и ее роль в большой клетке с ядром – еще одно подтверждение в пользу эволюционного симбиоза бактерий, которые общими усилиями создали эукариотическую клетку.

Митохондрия также содержит ДНК с наследственной информацией, и так же, как в бактерии, эта ДНК не упакована в оформленное ядро, а покоится внутри митохондрии, в качестве двуспиральной кольцевой макромолекулы.

Независимо от того, какая деятельность по передаче наследственной информации происходит в ядре эукариота, митохондрия самостоятельно осуществляет процесс репликации собственной ДНК.

Выработка АТФ митохондрией происходит по тому же пути, что и у бактерий:

• при окислительно-восстановительных реакциях;
• в результате работы мембранного (речь идет о мембране митохондрии) АТФ-синтетазного комплекса.

Именно эти процессы являются основными при снабжении бактерии энергией, и митохондрия эукариота их дублирует.

Некоторые экзопланеты глазами художников

Ранее считалось, что каменистые планеты обязательно должны состоять из трех важнейших слоев — оболочки, мантии и ядра, содержащего расплав наиболее тяжелых элементов. Эта дифференциация, по мнению наиболее авторитетных теорий, появлялась уже на ранних стадиях их эволюции, когда наблюдались особенно столкновения с другими небесными телами, а на самих планетах шли мощные радиоактивные процессы. Все это раскаляло молодые планеты, и более тяжелые элементы оседали ближе к центру.

Впрочем, открытие планет далеко за пределами нашей Солнечной системы, которое весьма активно идет в последние годы, демонстрирует целую галерею весьма странных по нашим меркам миров. Имеется среди них и планета, состоящая из колоссального алмаза («Триллионы карат »), и планета, сумевшая выжить после поглощения красным гигантом («Воля к жизни »), и даже те, которые вообще, на взгляд астрономов, не должны были бы существовать («Экзотическая экзопланета »). А группа астронома Сары Сигер (Sara Seager) теоретически описала еще один весьма экзотический вариант — «безъядерные» каменистые планеты.

Такие экзопланеты в ходе своего развития дифференцируются на два слоя, не формируя ядра. Это, по мнению ученых, может случаться, если в ходе зарождения планеты она оказывается в слишком богатом водой окружении. Железо вступает с ней во взаимодействие, образуя оксид быстрее, чем успевает осесть ближе к центру планеты в чистом металлическом виде.

Заметим, что сегодняшние технологии не позволяют строго подтвердить на практике эти теоретические выкладки. Столь небольшие тела на таких огромных расстояниях разглядеть весьма трудно — не говоря уж о том, чтобы детально изучать их химический состав.

Но одно о подобных «безъядерных» телах можно сказать вполне определенно: на них вряд ли найдутся братья по разуму, да и вообще какая-нибудь жизнь (по крайней мере, в том виде, в котором мы привыкли ее представлять). Дело в том, что именно расплавленное ядро подобных Земле планет порождает вокруг них мощное магнитное поле, которое надежно оберегает живые организмы от целого ряда неприятностей — прежде всего, от потоков заряженных частиц, которым Солнце непрерывно бомбардирует окрестности. Такое воздействие может оказаться смертельно опасным, вызывая и свободнорадикальные реакции, и опасно высокий уровень мутагенности.

Кстати, группа Сары Сигер уже появлялась в наших сообщениях. Напомним, что именно эти ученые составили свой вариант сводной таблицы всех экзопланет: «