Как клетка убирает мусор

Комикс на конкурс «био/мол/текст»: 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. Сейчас мы работаем над книгой о живой клетке, и издательство любезно разрешило нам представить сочинение в форме развернутой презентации с картинками Ольги Золотухиной.

Конкурс «био/мол/текст»-2018

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «био/мол/текст»-2018.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм» : крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий выступил медико-генетический центр Genotek .

«Книжный» спонсор конкурса — « Альпина нон-фикшн »

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

В конце 2018 года издательство «Арт Волхонка» выпустило книгу авторов этой статьи. Рецензию на неё можно прочитать на сайте «Независимой газеты».

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 (см. ниже). А что же это за черная метка? Это маленький белок — убиквитин. Экологических полицейских называют по-научному убиквитинлигазами [1–3] . Это ферменты, или машинки, или нанороботы, как сейчас принято говорить [4] . 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 (см., например, [5–7] ).

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 » [4] . А художник изображает уборку мусора в этом космосе по-своему (см. след. слайд).

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 [8] , [9] . Заметим, что уборка мусора в клетке напрямую связана со старением (см., например, [10] а также статьи спецпроекта «Биомолекулы» о старении).

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.

Говорят, что опытному ученому достаточно посмотреть в статье рисунки с подписями, чтобы все понять. Для опытного ученика мы тоже все написали на своих слайдах. Ниже вы видите словарик к статье — и надо добавить, что над картинками работали Егор Егоров и Ольга Золотухина, лауреат премии «Образ книги»—2018.

Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить коллег из Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, от которых они узнали много нового, и редактора — Елену Борисову, которая учила их визуально-порционному представлению текстов.

Литература

1. Стасевич К. (2015). Как клетка избавляется от белкового мусора . «Наука и жизнь»;
2. Вездесущий убиквитин;
3. «Вездесущий убиквитин» возвращается;
4. Нанороботы и жизнь;
5. Белковые моторы: на службе у человека и нанотехнологий;
6. Наноавтомобиль, молекулярный лифт и искусственные мышцы — названы лауреаты Нобелевской премии по химии 2016;
7. Лима-де-Фариа А. Похвала «глупости» хромосомы. Исповедь непокорной молекулы . М.: «БИНОМ. Лаборатория знаний», 2012. — 312 с.;
8. Сорокин А.В., Ким Е.Р., Овчинников Л.П. (2009). Протеасомная система деградации и процессинга белков. «Успехи биологической химии». 49, 3–76;
9. Абрамова Е. и Карпов В. (2003). Протеасома: разрушение во имя созидания . «Природа». 7, 36–45;
10. Клеточный мусорщик замедляет старение . (2013). «Вечная молодость».

Материал предоставлен biomolecula.ru