Rzut oka przez mikroskop

KOMÓRKĘ nazywa się podstawową jednostką warunkującą życie. Wszystkie organizmy — rośliny, owady, zwierzęta i ludzie — są zbudowane z komórek. Uczeni od lat badają procesy zachodzące w komórce, dzięki czemu udało się wyjaśnić wiele tajemnic biologii molekularnej i genetyki. Przyjrzyjmy się bliżej tym mikroskopijnym jednostkom żywej materii i zastanówmy się nad zdumiewającymi odkryciami, jakich dokonała nauka.

Rzut oka na mikroskopijny świat

Komórki różnią się kształtem. Niektóre są prostokątne, a inne kwadratowe. Istnieją też komórki kuliste, owalne oraz przypominające nieregularną bryłkę. Na przykład ameba jest organizmem jednokomórkowym nie mającym żadnego określonego kształtu. Zmienia się on w trakcie ruchu. Ciekawe, że kształt komórki często wskazuje na jej funkcję. Przykładem mogą być długie i cienkie komórki mięśniowe, które się kurczą podczas pracy. Komórki nerwowe przekazują informacje w organizmie, toteż mają długie wypustki.

Komórki różnią się też wielkością. Jednakże większości z nich nie można zobaczyć gołym okiem. Żeby wyobrazić sobie przeciętną komórkę, spójrz na kropkę kończącą to zdanie. W tym jednym punkciku mogłoby się zmieścić około 500 komórek średniej wielkości! Jeżeli wydają ci się one bardzo małe, to weź pod uwagę, że niektóre komórki bakterii są około 50 razy mniejsze. A jaka jest największa komórka? To miano należy do jednokomórkowego „olbrzyma”, którym jest żółtko jaja strusia, wielkości piłki baseballowej!

Ponieważ większość komórek jest niedostrzegalna gołym okiem, uczeni badają je za pomocą mikroskopu.a Ale nawet wtedy niektóre skomplikowane elementy pozostają niewidoczne. Pomyśl tylko: mikroskop elektronowy powiększa obraz komórki jakieś 200 000 razy — przy takim powiększeniu mrówka miałaby długość prawie kilometra. Mimo wszystko pewnych szczegółów komórki nie można dostrzec!

Uczeni przekonali się, że komórka ma zadziwiająco skomplikowaną budowę. W książce The Fifth Miracle (Piąty cud) Paul Davies napisał: „W każdej komórce znajduje się mnóstwo maleńkich struktur, które wydają się pochodzić wprost z jakiegoś technicznego podręcznika. Pełno tu miniaturowych pęset, nożyc, pomp, silników, dźwigni, zaworów, przewodów, łańcuchów, a nawet pojazdów. Ale oczywiście komórka nie jest zwykłą torbą z narzędziami. Rozmaite elementy dokładnie do siebie pasują i tworzą sprawnie funkcjonującą całość, niczym skomplikowana linia produkcyjna w fabryce”.

DNA — cząsteczka dziedziczności

Życie ludzi, roślin wielokomórkowych oraz zwierząt zaczyna się od pojedynczej komórki. Kiedy osiągnie ona pewien rozmiar, dzieli się, wskutek czego powstają dwie komórki. Te dwie dzielą się na cztery. W trakcie dalszych podziałów następuje ich specjalizacja, czyli różnicowanie, w wyniku którego powstają komórki mięśniowe, nerwowe, skóry i tak dalej. Potem wiele z nich grupuje się, tworząc poszczególne tkanki. Na przykład komórki mięśniowe łączą się i tworzą tkankę mięśniową. Różne rodzaje tkanek wchodzą w skład organów, takich jak serce, płuca i oczy.

Każda komórka jest otoczona delikatną błoną, pod którą mieści się galaretowata substancja zwana cytoplazmą. W niej znajduje się oddzielone cienką błonką jądro. Nazywa się je głównym ośrodkiem dowodzenia komórki, gdyż steruje ono prawie wszystkimi procesami, jakie w niej zachodzą. Wewnątrz jądra przechowywana jest informacja genetyczna zawarta w kwasie deoksyrybonukleinowym, w skrócie DNA.

Molekuły DNA są ciasno poskręcane w chromosomach komórki. W twoich genach, będących segmentami tych cząsteczek, znajdują się wszystkie dane, od których zależy to, jaki jesteś. „Plan genetyczny zakodowany w DNA sprawia, że każdy żywy organizm jest inny” — wyjaśnia The World Book Encyclopedia. „Dzięki temu planowi pies różni się od ryby, zebra od róży, a wierzba od osy. To on decyduje o tym, że każdy z nas jest niepowtarzalnym człowiekiem”.

Ilość informacji zawartych w DNA pojedynczej komórki jest wprost oszałamiająca. Można by nimi zapełnić około miliona takich stron jak ta. Ponieważ DNA odpowiada za przekazywanie informacji dziedzicznej kolejnym pokoleniom komórek, mówi się, iż stanowi plan generalny zawierający instrukcje dotyczące wszelkich organizmów żywych. Ale jak wygląda cząsteczka DNA?

Molekuła DNA składa się z dwóch oplatających się nici i przypomina kształtem klatkę schodową w kształcie spirali lub skręconą drabinę. Obie nici są ze sobą połączone kombinacją czterech elementów składowych, zwanych zasadami. Każda zasada jednej nici łączy się z zasadą drugiej nici. W ten sposób pary zasad tworzą szczeble drabiny DNA. Ściśle określona kolejność, w jakiej zasady występują w danej cząsteczce DNA, decyduje o zawartej w niej informacji genetycznej. Krótko mówiąc, sekwencja zasad określa właściwie wszystko — od koloru twych włosów do kształtu twego nosa.

DNA, RNA i białka

Białka są makrocząsteczkami, które w komórce występują w największych ilościach. Szacuje się, że w większości organizmów stanowią ponad połowę ciężaru substancji suchej! Białka są zbudowane z mniejszych cegiełek, zwanych aminokwasami. Niektóre z nich wytwarza twój organizm, a inne trzeba dostarczyć przez odpowiednią dietę.

Białka pełnią rozmaite funkcje. Na przykład hemoglobina występuje w krwinkach czerwonych i roznosi tlen po całym organizmie. Przeciwciała natomiast pomagają ci walczyć z chorobami. Inne białka, takie jak insulina, ułatwiają przyswajanie spożytego pokarmu, a także regulują liczne procesy zachodzące w komórce. W sumie w twoim organizmie mogą być tysiące różnego rodzaju białek. W niejednej komórce są ich setki!

Funkcja każdego białka jest ściśle określona przez jego gen zawarty w DNA. Ale jak się odbywa dekodowanie tej informacji genetycznej, by mogły powstać poszczególne białka? Na załączonym rysunku, pod nagłówkiem „Jak powstają białka”, widać, iż materiał genetyczny magazynowany w DNA trzeba najpierw przetransportować z jądra komórki do cytoplazmy, gdzie znajdują się rybosomy, produkujące białka. Funkcję przenośnika pełni kwas rybonukleinowy (RNA). Rybosomy w cytoplazmie „odczytują” instrukcje zakodowane w RNA i kompletują odpowiednią sekwencję aminokwasów potrzebnych do budowy konkretnego białka. Istnieje więc wzajemna zależność między DNA, RNA i syntezą białek.

Jak to się zaczęło?

Naukowcy od dziesiątków lat pragną zgłębić tajemnice genetyki i biologii molekularnej. Fizyk Paul Davies odnosi się sceptycznie do poglądu, iż to wszystko powstało w wyniku działania Stwórcy. Niemniej przyznaje: „W całej tej strukturze każda cząsteczka ma ściśle określoną funkcję i wyznaczone miejsce, dzięki czemu powstają właściwe elementy. Bardzo rozwinięta jest sieć transportowa. Cząsteczki w komórce muszą się przemieszczać, by w odpowiednim miejscu i czasie spotkać się z innymi i dobrze wykonać swą pracę. To wszystko odbywa się bez jakiegokolwiek szefa, który by wydawał cząsteczkom polecenia i wysyłał je do konkretnych miejsc. Ich czynności nie kontroluje żaden nadzorca. Robią tylko to, co do nich należy: stukają we wszystko wokół siebie, zderzają się, odbijają i łączą. (...) Jakimś sposobem te bezrozumne atomy jednoczą swe siły i ze zdumiewającą precyzją wykonują taniec życia”.

Nic dziwnego, że wielu badaczy procesów wewnątrzkomórkowych doszło do wniosku, iż za tym wszystkim musi się kryć jakaś inteligentna siła sprawcza. Zastanówmy się, dlaczego.

[Przypis]

[Ramka i diagram na stronie 5]

We wnętrzu komórki

W każdej komórce jest jądro — jej ośrodek dowodzenia. Kryją się w nim chromosomy, które zawierają białka i mocno skręcone cząsteczki DNA. Nasze geny mieszczą się właśnie w tych cząsteczkach. W cytoplazmie otaczającej jądro znajdują się rybosomy, odpowiedzialne za syntezę białek.

[Diagram]

[Patrz publikacja]

komórka

rybosomy

cytoplazma

jądro

chromosomy

DNA — drabina życia

[Diagram na stronie 7]

[Patrz publikacja]

Jak następuje replikacja DNA

Dla lepszej widoczności podwójny heliks DNA został spłaszczony.

1 Zanim komórki się podzielą, by powstało kolejne pokolenie, musi nastąpić replikacja (skopiowanie) DNA. Najpierw przy udziale białek odbywa się rozplatanie dwóch skręconych wokół siebie nici DNA.

białko

2 Następnie, zgodnie ze ściśle określonymi regułami parowania zasad, wolne zasady w komórce zostają przyłączone do odpowiadających im zasad na dwóch pierwotnych niciach.

wolne zasady

3 W końcu powstają dwie identyczne cząsteczki DNA. Kiedy więc dochodzi do podziału komórki, każda nowa komórka otrzymuje jedną z nich.

białko

białko

Reguły parowania zasad DNA:

A zawsze z T

A T tymina

T A adenina

C zawsze z G

C G guanina

G C cytozyna

[Diagram na stronach 8, 9]

[Patrz publikacja]

Jak powstają białka

Dla uproszczenia na ilustracji przedstawiono białko złożone z 10 aminokwasów. Większość białek składa się z przeszło 100.

1 Pewne białko rozplątuje część łańcucha DNA.

białko

2 Wolne zasady RNA łączą się z rozplątanymi zasadami DNA, tworząc nić informacyjnego RNA.

wolne zasady RNA

3 Nowo utworzony informacyjny RNA oddziela się i trafia do rybosomów.

4 Transportujący RNA dostarcza do rybosomu aminokwasy.

transportujący RNA

rybosom

5 Kiedy rybosom odczytuje zawartość informacyjnego RNA, łączy aminokwasy w jeden łańcuch.

aminokwasy

6 W pełni uformowana cząsteczka białka przybiera kształt potrzebny do prawidłowego pełnienia swej funkcji. Następnie zostaje uwolniona przez rybosom.

Transportujący RNA ma dwa ważne zakończenia:

jedno rozpoznaje kodon w informacyjnym RNA

drugie dostarcza odpowiedni aminokwas

Transportujący RNA

Zamiast T RNA zawiera U, który łączy się z A

A U uracyl

U A adenina