Цитоплазма: раствор или гель?

Космачевская О.В.
(«ХиЖ», 2020, №4)

С древних времен человек стремился познать сущность жизни. Наконец, когда появился микроскоп, он смог рассмотреть живую клетку. Под окуляром светового микроскопа она выглядит как пузырек, наполненный жидкостью. Но еще первые биологи знали, что если повредить мембрану клетки, то ее содержимое не растворится в окружающей жидкости, а сохранится в форме гелевой капельки. Уже тогда возник вопрос – что представляет собой внутренность клетки: раствор или гель?
Сейчас наука о жизни шагнула далеко вперед, и мы знаем, что клетка устроена сложно: в ней есть белковый каркас – цитоскелет, энергетические станции – митохондрии, машины по синтезу белка – рибосомы и много других структур. Но мы до сих пор не знаем, в какой среде находятся эти структуры – в жидкой или гелеобразной. Еще 100 лет назад, разглядывая в микроскоп различные клетки, исследователи заметили, что в ответ на химические вещества, нагрев, осмотический шок, изменение рН содержимое клетки сгущается, становиться похожим на гель – клетки мутнеют. Когда же воздействие прекращается, они вновь становятся прозрачными. Это явление известно в клеточной биологии как золь-гель переход.
Еще в 40-х годах прошлого столетия выдающиеся клеточные физиологи Д.Н.Насонов и В.Я.Александров, исследуя ответ разных клеток на различные воздействия, пришли к выводу, что причина помутнения – агрегация внутриклеточных белков. Все логично, только вот есть проблема. Сгущение и разжижение происходят очень быстро, в течение нескольких секунд. За это время никакие серьезные перестройки в белках произойти не могут. Так почему же золь-гель переход все-таки происходит? На этот вопрос до сих пор нет однозначного ответа.
Российские биохимики из Федерального исследовательского центра «Биотехнологии» РАН под руководством А.И.Александрова попытались разобраться в механизмах этого загадочного золь-гель перехода. Объектом исследования послужили дрожжевые клетки, которые синтезировали химерные белки – шапероны с присоединенным к ним зеленым флуоресцентным белком (GFP). Светящиеся шапероны связывались с агрегатами неправильно свернутых белков, и белковые скопления в клетке становились видимыми. Во флуоресцентном микроскопе они выглядят как ярко-зеленые очаги.
Исследователи увидели, что в ответ на высокие концентрации KCl (гиперосмотический шок) в клетках в считаные секунды формируются многочисленные зеленые очаги. Белковые скопления появлялись, когда клетка сжималась из-за оттока воды при гиперосмотическом шоке, и исчезали, когда шок прекращался. Мгновенное образование и исчезновение зеленых очагов навело ученых на мысль, что это не обычные стабильные белковые агрегаты, а мягкие гелеобразные структуры. Исследователи проанализировали коллекцию из 4156 штаммов дрожжей, синтезирующих белки с GFP, и выяснили, что в образовании таких структур участвуют метаболические ферменты, белки-шапероны, субъединица фактора инициации трансляции (Clu1) и еще какие-то белки с неизвестной функцией.
Вот какой механизм формирования белковых скоплений предложили ученые на основании своих наблюдений. В ответ на гиперосмос клетка теряет воду, при этом жидкая часть цитоплазмы концентрируется, клеточные структуры скучиваются, образуя карманы жидкости. Именно эти карманы и видны в микроскопе как зеленые очаги. В карманах повышается концентрация золя, что стимулирует его переход в гель. По мнению ученых, это не единственно возможный механизм структурирования цитоплазмы и перехода в гелеобразное состояние.
Пока еще нельзя сказать, что загадка золь-гель перехода разгадана. Это исследование показало, что в клетке заложена способность отвечать на стресс структурированием цитоплазмы, которое запускается чисто механически – уменьшением объема.



123

Разные разности

26.01.2021 16:00:00

Развитие ИИ привело к очень интересному явлению — так называемым глубоким выдумкам, или по-английски deepfake. О современном положении дел и об отношении общества к этому явлению рассказано в недавней статье Ахмеда Саифуддина из Наньянского технологического университета в Сингапуре

>>
11.01.2021 16:00:00

…предложена методика построения электрофизической модели верхнего слоя грунта Луны на основе данных о его минералогическом составе и диэлектрических свойствах…

…масса всего, что сделано человеком, превысила суммарный вес всех живых существ на планете…

…в сельских районах жарких стран можно стерилизовать инструменты в автоклавах с помощью солнечного тепла…



>>
29.12.2020 14:00:00

Пандемия КОВИД-19 уже к июлю 2020 года обошлась мировой экономике в 6—16 триллионов долларов. А к четвертому кварталу 2021 года потери только США превысят 16 триллионов. Всех этих потерь можно было избежать, проведя комплекс понятных специалистам мероприятий.

>>
23.12.2020 16:00:00

В мире политики установилась новая норма: победитель выходит с перевесом в считаные доли процентов голосов. Какой механизм может лежать в основе такого электорального равенства? Многие социологи ломали головы, но вот за дело взялись профессиональные физики, и всё стало на место.

>>
07.12.2020 17:00:00

…впервые получены доказательства изменения вида черной дыры с течением времени…

…криоэлектронная микроскопия теперь позволяет получить структуру белка с атомарным разрешением…

…самки китовых акул растут медленнее, чем самцы, но в конце концов вырастают крупнее; особи длиной более 12 метров — преимущественно самки…

>>