Лаборатория по клетъчна биология

Клетката и нейните стаи

Мембраните делят клетката на компартменти: във всяка „стая“ има свои условия и свои реакции. Киселата среда на лизозомата (киселинност около 4,5 до 5,0) е различна от цитозола (около 7,2). Ядрото, митохондриите и хлоропластите са обвити с две мембрани; митохондриите и хлоропластите имат и собствена ДНК.

Секретираният белтък минава по път: рибозома по грапавата ендоплазмена мрежа, мрежата, апарат на Голджи, секреторна гранула и накрая плазмената мембрана. Структурата и функцията вървят заедно: гънките на вътрешната мембрана на митохондрията събират много повърхност за дишането.

Клетъчната теория

• 1665 — Хук назовава клетките.
• 1838 до 1839 — Шлайден и Шван: организмите са изградени от клетки.
• 1852 — Ремак и 1855 — Вирхов: всяка клетка произлиза от клетка.

Съвременните постулати добавят, че наследствената информация се предава при деленето, че обменът на вещества и енергия става в клетките и че клетките на един вид са сходни по химичен състав.

Жизненият цикъл

Цикълът е растеж (G1), копиране на ДНК (S), подготовка (G2) и митоза (M). При бързо делящи се клетки на човека те траят около 11, 8, 4 и 1 час — общо 24 часа. Интерфазата е около 96 % от цикъла, а не „почивка“.

• Количеството ДНК е 2c в растежа, расте до 4c през копирането, остава 4c до деленето и пада на 2c във всяка дъщерна клетка. Едно c е ДНК на един хаплоиден набор.
• Броят на хромозомите не се мени до анафазата; копирането прави втора хроматида на всяка хромозома.
• Три контролни точки държат вратите на цикъла: преди копирането, преди митозата и в метафазата.

Митотичен индекс и белязани митози

Митотичният индекс е делът на клетките в митоза от всички клетки. Ако е 5 %, а цикълът е 20 часа, митозата трае около 5 % от 20 часа, тоест около 1 час. Простото правило е точно, само когато клетките са разпределени равномерно по възраст; в растяща тъкан подценява митозата.

Радиоактивният тимидин влиза в новата ДНК. Веднага след кратко белязане са белязани само ядрата, които копират ДНК — около една трета. После вълна от белязани митози идва и си отива; нейната широчина на половината от височината е точно колкото копирането на ДНК.

В училищната лаборатория не се работи с радиоактивни вещества. Колхицинът, който спира вретеното, е отровен — тук е само във виртуалната лаборатория.

Удвояване без делене

При ендоцикъла клетката прескача митозата и започва ново копиране: една клетка с по- голямо ядро. При ендомитозата митозата спира в анафазата и цитокинезата не завършва. Всяко удвояване удвоява ДНК: след 10 удвоявания гигантската хромозома е кабел от 2048 нишки. Така работят клетки на слюнчена жлеза на плодовата мушица и мегакариоцитите в костния мозък.

Лукът има около пет пъти повече ДНК в един хромозомен набор от човека. Количеството ДНК не мери сложността на организма.

Методи за изследване

• Светлинният микроскоп различава най-много около 0,2 µm и може да гледа живи клетки. Електронният различава около 0,1 nm, но пробата е фиксирана и във вакуум.
• Дробното центрофугиране разделя частици по скорост на утаяване: ядрата са в първата утайка, после митохондриите, лизозомите и пероксизомите, после микрозомите и рибозомите. Първата утайка не е чиста — чистотата се купува с промиване.
• Белязаните атоми показват кога и накъде отива веществото; клетъчната култура дава живи клетки, които нормално се делят около 40 до 60 пъти.

Нито един метод не стига за всичко: всяка цел има метод, който не става.

Внимавай

Продължителностите на етапите се различават силно от клетка до клетка, а цикълът в корена на лука зависи от температурата. Затова числата в симулацията са учебни. Ракови клетки се появяват, когато контролните точки спрат да работят и грешките се натрупат в много поколения клетки; профилактиката е част от здравната култура.