Komórki – podstawowe jednostki życia

Historia zanotowała, że Szkot Robert Brown opisał komórkę roślinną, a centralny jej punkt nazwał jądrem, Niemiec Mathias Schleiden dał wyraz przekonaniu, że wszystkie bez wyjątku tkanki roślinne zbudowane są z komórek, a w rok później jego przyjaciel Theodor Schwann ogłosił, że to samo dotyczy tkanek zwierzęcych i w ogóle wszystkich istot żywych. Po następnych piętnastu latach, w roku 1855, Rudolf Virchow, najwybitniejszy profesor anatomii patologicznej tamtych czasów, odkrył, że każda komórka powstaje z innej, istniejącej wcześniej. Za pomocą tego jednego stwierdzenia Virchow dosłownie zmiótł na śmietnik nauki dziesiątki spekulacji karkołomnie tłumaczących egzystencję istot żywych samorództwem, czyli powstawaniem zdolnych do życia tkanek z nieuformowanej, a nawet nieorganicznej materii – napisał profesor Sherwin B. Nuland, wykładowca historii medycyny i bioetyki na Yale University. W taki sposób powstała definicja komórki jako podstawowej jednostki życia. Dobrze jednak, że budowę komórki poznawano stopniowo, bo inaczej nikt by nie uwierzył, że w takim niewidocznym gołym okiem maleństwie zawarta jest informacja o istocie życia.

Składa się z błony komórkowej oddzielającej ją od otoczenia, jądra zawierającego DNA i cytoplazmy z różnymi składnikami, w której jądro jest zawieszone. Błona jest z elastycznej, podwójnej warstwy oleistej, przyrównywanej do smaru, w której tkwią różnego rodzaju białka. Tak wyposażona błona wpływa na skład wnętrza komórki, zawartość składników odżywczych, wydalanie ubocznych i szkodliwych. Receptory na jej powierzchni monitorują otoczenie, aby komórka dostosować się mogła do zmian zachodzących w środowisku.
Centrum zarządzania i kontroli pracy całej komórki to jądro, w którym znajdują się chromosomy i wchodzące w ich skład cząsteczki DNA. Teraz dopiero stajemy przed niezwykle złożoną i cudowną tajemnicą przechowywania życia.

Chromosom to ciasno skręcona nitka materii z powtykanymi w nią genami – cząsteczkami DNA. Geny, zwane dawniej zawiązkami cech, zbudowane są z dwóch nitek, splecionych z sobą jak pnące się węże, a w większym zbliżeniu przypominają spiralną klatkę schodową z poręczami z obydwu stron. Rzecz w tym, że każdy schodek tej klatki zbudowany jest z innej kombinacji połączeń. Liczba tych połączeń jest tak wielka, że w 46 chromosomach, które ma każdy człowiek, jest ich ok. sto milionów. To właśnie liczba tych kombinacji decyduje, czy jest się człowiekiem czy rośliną, bo DNA wszystkich zwierząt i roślin to ten sam związek. Z kolei ilość kombinacji i porządek, w jakim są ułożone w komórce to kod genetyczny przekazywany z pokolenia na pokolenie.

Komórki rozmnażają się przez podział. Naukowcy wolą nazwę „replikacja”, bo jest ściślejsza, skoro komórka macierzysta tworzy swoją dokładną replikę – każda z komórek potomnych otrzymuje dokładną kopię DNA komórki macierzystej i komplet identycznych struktur cytoplazmatycznych. Tu właśnie widać rolę genu – koduje on informacje konieczne do powstawania ogromnej rozmaitości białek, tworzących nasz organizm. Tych, nadających naszym ciałom strukturę i formę, które zbudowane są z cegiełek zwanych aminokwasami, i tych zaangażowanych w takie procesy jak trawienie czy myślenie – czyli enzymów.

Zakodowane informacje są w genach, a geny zamknięte są w jądrze i za nic nie mogą przedostać się do cytoplazmy, a tylko w niej białka mogą być wyprodukowane. Klasyczny pat: eznymy replikacyjne nie mogą dostać się do jądra, a geny do cytoplazmy. Problem ten rozwiązany został w zachwycający sposób...
Błona otaczająca jądro jest podziurkowana i przez te dziurki jądro wysyła e-maila (tzw. RNA) z informacjami o budowie białek do cytoplazmy, tam go odbierają enzymy, odczytują i już można zbudować cząsteczkę białka. Francis Crick, odkrywca podwójnej spirali, cały ten proces wyjaśnił jednym zdaniem: z DNA powstaje RNA, a z RNA – białko.

Nasze ciało składa się z sześćdziesięciu do osiemdziesięciu milionów komórek, w których w każdej sekundzie trwają miliony reakcji. Każda komórka ma komplet genów, potrzebnych do stworzenia całego człowieka. Jak to się więc dzieje, że gdy trzeba załatać jakiś ubytek na nodze, nie wyrasta tam nos, a na policzku kciuk? Dowiedziano się tego, badając nowotwory. Sprawa jest tak niesamowita, że wolę oddać głos biologowi molekularnemu Johnowi Medinie: W wnętrzu niektórych złośliwych nowotworów usuwanych z organizmu człowieka można znaleźć całkowicie ukształtowane palce. Tak, dobrze przeczytaliście: są tam prawdziwe zróżnicowane tkanki i palce wcale nie są wyjątkiem. Można znaleźć w nich prawie wszystkie ludzkie tkanki: zęby i skórę pokrytą włosami, kości i komórki bijące jak miniserca albo tkankę oczną. Te nowotwory to teratoma, czyli potworniak.

Nowotwór tworzy się z prawidłowych tkanek ciała, czyli zespołu komórek, które wymknęły się kontroli i rozrastają się w sposób niepodporządkowany harmonii ustrojowej. Te chore komórki mają taki sam zestaw genów, jak zdrowe, ale posługują się nimi chaotycznie i stąd te potworniaki. Pozwoliło to uczonym dowiedzieć się, że normalnie pracująca komórka włącza te geny, które są konieczne do budowania komórek w konkretnym miejscu ciała. W czasie powstawania komórki policzka włączane są tylko geny potrzebne do jej zbudowania, a działanie całej reszty zostaje stłumione, wyłączone. To samo dotyczy komórki wątroby, gdzie wszystkie geny decydujące o jej prawidłowej pracy są aktywne, a pozostałe (włączając w to geny komórki policzka) są wyłączone. Pomysł z włączaniem i wyłączaniem genów jest ekscytujący również dlatego, że obserwując, jak to robi natura, uczymy się je włączać i wyłączać samodzielnie. W wielu przypadkach drogę pokazuje nam nowotwór złośliwy, ze swoją umiejętnością włączania genów w wybranej kolejności, pozwalającą tworzyć dowolne struktury. A jeśli potrafi to zrobić nowotwór, możemy i my – pisze Medina.

Tekla Komorowska