В доме нужна уборка, а за тем, чтобы в клетке не накапливался мусор, следит специальная молекулярная полиция. Есть в клетке и две системы, которые уничтожают мусор — о них наш рассказ.
Живая клетка — самое сложное устройство на Земле: она гораздо сложнее, чем машины, компьютеры, города и даже целые государства. И если знать, как она работает, как живет и действует, все остальное покажется вам простым и ясным. Проблемы экологии выходят в мире на первый план, так что соединение двух актуальных тем в одной рисованной истории может оказаться полезным взрослым и детям.
Если ученый не умеет популярно объяснить восьмилетнему ребенку,
чем он занимается, значит, он шарлатан.
Курт Воннегут
Нынешние взгляды ученых на природу не более достоверны,
чем наглядные представления о науке.
Владимир Намиот
Развитие новых технологий представления информации требует и новых способов ее подачи. Сейчас уже в детском саду ребята друг другу показывают компьютерные презентации «как я провел лето» и «где раки зимуют». Почему бы ученым не поискать новую форму представления результатов исследований для любопытных учеников, детей и взрослых? Мы решили сделать работу, соединяющую черты комикса, рисованной истории и популярной статьи. Здесь рисунков будет больше, чем текста, белковые комплексы обретут вид зверьков и веселых человечков, все будет понятно из слайдов и лаконичных комментариев к ним. А пойдет речь о том, что совсем недавно привлекло внимание молекулярных биологов и пока мало изучено — как клетка убирает мусор.
В правом нижнем углу первого слайда мы видим привычную всем ученым картинку — так изображают белковые комплексы в научных работах. Мы же нарисовали ее чуть иначе. А что же это за черная метка? Это маленький белок — убиквитин. Экологических полицейских называют по-научному убиквитинлигазами. Это ферменты, или машинки, или нанороботы, как сейчас принято говорить. Концепцию «белок-машина» предложили лет пятьдесят назад биофизики Дмитрий Чернавский, Юрий Хургин и Симон Шноль. Когда-то это казалось фантастикой, а сейчас уже стало общепризнанным фактом: биофизики прямо заявили, что белки — это молекулярные машинки, которые могут работать в соответствии с разными принципами. Обнаружены и изучены разнообразные молекулярные моторы.
Из следующего слайда видно, как протеасома заглатывает меченые белки, подобно огромному бегемоту, который лопает любимые водоросли...
Следующий слайд рассказывает романтическую историю о том, как клетки одного организма узнают друг друга... Оказывается, по рухляди, по кускам своих родных белков, не переваренных до конца протеасомой, — их клетки выставляют на поверхность!
Экологическая полиция убирает не только старые белки, которые можно сравнить с мусором, она следит за тем, чтобы вообще не было в клетке того, что мешает ее жизни. Ведь клетка порой делится — и тут надо все пересчитать, поделить верно, а лишнее имущество просто сдать в утиль (или отнести на помойку), чтобы не мешалось под ногами!
Клетка представляет собой настоящий космос, мир, в котором все очень четко и разумно организовано. Об этом можно почитать в прекрасной книге Антонио Лима-де-Фариа «Похвала “глупости” хромосомы. Исповедь непокорной молекулы». А художник изображает уборку мусора в этом космосе по-своему.
На следующих трех слайдах показан другой механизм утилизации клеточного «мусора» — при помощи мусороперерабатывающих заводов — лизосом. Зачем нужны лизосомы, если есть протеасомы? Дело в том, что протеасома не может все переварить. Она переваривает только белки, которые не имеют модификаций. Белок должен залезть в протеасому, как бегемоту в рот. Протеасомы могут менять набор своих дробильных колес (состав ферментов), но многое им не дано. Вообще их функции обширны и вовсе не ограничиваются уборкой мусора. Они могут и выдавать своим клеткам «вид на жительство», но это уже другая история. Заметим, что уборка мусора в клетке напрямую связана со старением.
Первичная задача протеасом — не уборка мусора, а регуляция времени жизни разных белков, которые могут что-то делать в клетке. Протеасома не может справиться с комплексами сшитых молекул и с органеллами. Они попросту в нее не влезут. Сшитые комплексы образуются в том числе спонтанно за счет гликозилирования. Таким образом, аутофагия необходима для переработки больших объектов. Белок, подвергшийся гликозилированию в процессе синтеза, также не может быть переработан протеасомой. Существует масса исключений и пересечений процессов. Например, аутофагическая деградация митохондрий начинается также с навешивания черной метки. Есть вещества, имеющие непонятную способность деградировать только одним способом. Для них существуют специальные адапторы, которые помогают им попасть в места назначения.
