ТАСС, 4 марта. Ученые выяснили, что содержимое клеток человека и других многоклеточных живых существ никогда не перемешивается беспорядочно благодаря двум физическим механизмам, которые превращают их внутренние мембраны в аналог перегонного аппарата. Результаты исследования опубликовал научный журнал Physical Review Letters, кратко об этом пишет пресс-служба НИУ ВШЭ.
"Мы определили физические принципы, которые объясняют, как "сортируются" молекулы в эукариотических клетках и как они объединяются в микроскопические жировые пузырьки. Оптимальная реализация этих простых идей помогает клеткам управлять потоками веществ внутри них, что важно для поддержки их жизнедеятельности", – пишут исследователи.
Эукариотами называют организмы, в клетках которых есть обособленное ядро. Они появились в результате поглощения и ассимиляции их предками различных бактерий и архей. Помимо ядра, в этих клетках есть множество своеобразных отсеков, разделенных мембранами и заполненными разными наборами белков и прочих биомолекул.
Наблюдения за жизнедеятельностью отдельных человеческих клеток показывают, что каждое такое отделение постоянно обменивается с соседями разными наборами молекул, но при этом все они поддерживают определенный химический состав, критически важный для жизненных функций. Биологи давно хотят узнать, почему это так и какие биологические, химические или физические механизмы за это отвечают.
Профессор НИУ ВШЭ и директор Института теоретической физики РАН Игорь Колоколов с коллегами нашли простое объяснение тому, как работает эта система "сортировки" и транспортировки веществ в живых клетках, и проверили его на практике, используя методы биологической физики.
Детально просчитав последствия сближения различных сложных и простых молекул с мембранами между отсеками клеток, физики пришли к выводу, что их взаимодействиями и дальнейшей судьбой веществ управляют два спонтанных механизма. Один из них заставляет молекулы собираться в группы на поверхности мембраны, а другой заставляет мембрану выпячиваться и "упаковывать" собранные вещества в жировой пузырек.
В целом принцип работы этой системы, по словам физиков, напоминает то, как работают классические перегонные аппараты. Только в этом случае мембраны не только дистиллируют вещества, но и одновременно, как выражаются Колоколов и его коллеги, доставляют его потребителям в "бутилированном" виде.
Проведенные учеными практические эксперименты и теоретические расчеты показывают, что этот клеточный дистиллятор настроен практически идеально и работает максимально эффективно. Это одновременно ускоряет обмен веществами между отсеками клетки и помогает ей экономить энергию на их транспортировке и упаковке.
Исследователи надеются, что дальнейшее изучение этих механизмов поможет понять, как нарушения в работе этого клеточного "перегонного аппарата" могут влиять на развитие разных болезней, в том числе и рака, а также найти другие практические применения для этой природной технологии.