Канцерогенез і клітинні органели - рак: експерименти і гіпотези
Першим цитології клітина видавалася дуже простий: вона складалася з зовнішньої мембрани і ядра. Тіло клітини було заповнене протоплазми - речовиною ні твердим, ні рідким, яке, очевидно, і було носієм життя. Вчені повсюдно намагалися, використовуючи прості модельні системи, вивідати секрети протоплазми. Бючлі, наприклад, експериментував з штучними колоїдальних крапельками води, гвоздичної олії, гліцерину і поташу. Помістивши їх між предметним і покривним скельцем мікроскопа, він спостерігав за «рухами». Моделі протоплазми намагалися побудувати не тільки вчені-зоологі- в багатьох лабораторіях «мислителі і філософи» намагалися проводити експерименти з природою, чекаючи від неї чудесних явищ, спокушаючи її. Думка про те, що жива і нежива природа єдині, в однаковій мірі привертала і вчених-професіоналів, і дилетантів. Вважалося, що прості моделі можуть послужити ключем до розгадки секретів клітини. Але, незважаючи на всі зусилля, проникнути в суть протоплазми дослідники не змогли.
Сьогодні ми знаємо, що жива клітина підпорядковується фізичним і хімічним законам, проте імітувати клітку за допомогою простої фізико-хімічної моделі неможливо. Клітини вищих організмів - надзвичайно складні структури. Крім ядра з плином часу були відкриті багато інших органели клітини. Більш того, навіть ядро виявилося можливим розділити на ряд морфологічно помітних компонентів.
Внутрішню будову клітини
З появою електронного мікроскопа дослідники змогли отримати важливу інформацію про внутрішню будову клітини (фіг. 21). Завдяки йому стали видимими
КЛЕТКА У Центрифужний пробірки
структури і субструктури, що наближаються до молекулярного рівня. (Якби на цілу тварину вдалося поглянути, образно кажучи, електронно-мікроскопічним оком, зображення щура мало б довжину 40 км!) Протоплазма, яка раніше здавалася однорідної, виявилася заповненою пластинчастими структурами (ламелами), бульбашками (везикулами), гранулами і канальцами. На фіг. 21 дуже схематично показані найбільш важливі органели клітини. З метою спрощення масштаб не дотримано.
Але хоча електронний мікроскоп і дозволив побачити внутрішні структури клітини, він не зміг на перших порах відповісти на питання, яку роль всі ці структури відіграють в клітинному метаболізмі. Перші відповіді щодо функцій клітинних органел були отримані за допомогою ультрацентрифуги - приладу, що дозволяє досягати прискорення, яке більш ніж в 100 000 разів перевищує прискорення вільного падіння тіла на Землі (g). Такого прискорення виявилося досить для осадження найдрібніших органел клітини.
Виділення клітинних органел за допомогою ультрацентрифуги
Принцип поділу простий: чим більше органела клітини, тим швидше вона осідає в гравітаційному полі ультрацентрифуги. Ядра, наприклад, можуть осідати протягом 12 хв вже при 800 g. Для менших структур - мітохондрій - достатньо 15 000g протягом 15 хв. Таким чином, клітинні органели можуть бути розділені відповідно до своїх розмірами (див. Фіг. 21).
Перш за все необхідно зруйнувати клітинні мембрани, але так, щоб інші органели не були пошкоджені. Однак саме в цьому і полягає складність проблеми. Багато методи приготування клітинного гомогенату непридатні для виділення органел: при набуханні клітин в гіпотонічному сольовому розчині мембрани клітин лопаються, але одночасно з цим страждають і мембрани клітинних органел.
Зазвичай користуються надійним методом із застосуванням так званого гомогенізатора Поттера - Ельвейема. Гомогенізатор складається зі скляної трубки і підігнаного до її розмірами рухомого маточки. При обертанні товкач то опускається, то поднімается- в результаті клітини, знову і знову проходячи між ним і стінкою трубки, лопаються під впливом розривають сил. Клітинні органели, розміри яких значно менше, залишаються цілими.
Ще легше досягти руйнування клітин за допомогою так званого французького преса. Відповідно до цього методу, клітини спочатку піддають високому тиску в камері з азотом. При різкому зняття тиску утворюються дрібні бульбашки газу розривають клітинну мембрану, причому органели клітини не піддаються скільки-небудь істотного впливу. (Подібні механізми сприяють розвитку кесонної хвороби у нирців.)
Однак подібний метод руйнування клітинних мембран сам по собі все-таки не гарантує отримання неушкоджених органел. Тому органели повинні бути ізольовані по можливості в «природною» середовищі. З цією метою найчастіше користуються ізотонічними сольовими розчинами і ізотонічними розчинами сахарози. Крім того, виявилося, що для деяких клітинних органел особливо сприятливі гіпертонічні розчини сахарози. Двовалентні катіони таких металів, як кальцій або магній, в невеликій кількості сприяють підвищенню стабільності клітинних органел. І нарешті, слід застосовувати буферні суміші, що забезпечують нейтральний pH гомогената.
Клітка - хімічна фабрика
Вже на початку цього століття клітку стали розглядати як «хімічну фабрику». Виробництво глікогену і виділення сечовини живими клітинами дуже нагадувало виробництво анілінових барвників або сірчаної кислоти в промисловості. Здавалося б, без видимих зусиль клітина здатна здійснювати процеси, для яких в сучасній хімічній промисловості потрібна була б дорога технологія. Але, як то кажуть, зовнішність оманлива: в клітці є своя і дуже жорстка організація праці, найрізноманітніші метаболічні шляхи чітко відокремлені один від одного.
Управляє виробництвом ядро: воно «становить» плани, за якими на рибосомах відбувається збірка білків.
У свою чергу конвеєрні стрічки з виробництва білка розділені на стаціонарні і рухливі: рибосоми, пов`язані мембранами (гранульований зндоплазматіческій ретикулум), і вільні рибосоми. Мітохондрії ж майже повністю спеціалізуються на виробництві енергії.
Кожній з цих органел приписували особливо важливу роль у виникненні пухлинної клітини.
- Основне підозра падає на ядро, яке як носій генетичного матеріалу, природно, знаходиться в центрі уваги всіх теорій з генетики раку.
- На наступному місці знаходяться мітохондрії, до яких, як до органів клітинного дихання, особливий інтерес прокинувся в зв`язку з теорією Варбурга про виникнення раку.
- За останні кілька років на передній план висунулися дослідження по клітинних мембран. Через мембрани здійснюється зв`язок між окремими клітинами, а отже, визначається і їх здатність триматися разом. Не виключено, однак, що вони є також важливими чутливими органами клітини, які отримують регуляторні імпульси від організму.
- Навіть лізосоми не вільні від підозри: саме їх Аллісон вважає справжніми канцерогенами, які в свою чергу активуються зовнішніми канцерогенами, такими, як хімічні речовини, опромінення або віруси.
- Якщо ми тут обходимо мовчанням ендоплазматичнийретикулум (мікросоми), то тільки через нестачу місця. Ця проблема знайшла відображення в недавній роботі Піто і співробітників.
- З цієї ж причини ми не торкаємося ролі надосадочной фракції (S3 -фракції).
А тепер коротко розглянемо можливу роль в канцерогенезі кожної зі згаданих органел, починаючи з ядра
