Из всех живых существ, пожалуй, лучше всего изучена кишечная палочка (колибактерия, Escherichia coli). Эти бактерии, открытые венским врачом Теодором Эшерихом (1857—1911), в огромных количествах населяют органы пищеварения животных и человека и даже снабжают своих «хозяев» витаминами, которые они могут образовывать из cахаров.

Эти невидимые «жильцы» кишечника стали знамениты благодаря своему штамму К 12, изолированному в 1922 г. Чтобы отличить микробные штаммы один от другого, их нумеруют. Штамм К 12 очень удобен для экспериментов, так как полностью утратил жизнеспособность в кишечнике человека и животных. Такие микробы характеризуются как «искалеченные лабораторные бактерии», так как теперь они хорошо себя чувствуют только в определённом питательном растворе, но не в своей исходной естественной среде. Тем самым сводится к минимуму опасность случайного заражения и последующего заболевания исследователей во время эксперимента.

Клетка Escherichia coli имеет около 1 мкм (1 мкм = 0,001 мм) в ширину и примерно вдвое большую длину. Следовательно, эти короткие палочки нельзя рассмотреть в подробностях невооружённым глазом, это можно сделать только с помощью электронного микроскопа. Что же мы увидим?

Стенки колибактерии имеют общую толщину около 0,02 мкм. Они образованы оболочкой, состоящей из деревянистых и жироподобных веществ. В стенках расположены маленькие запирающиеся поры, окружённые кольцом из белковых тел, и большое количество канальцев. Через эти отверстия пищевые вещества проходят во внутренний объём клетки. Снаружи клетка покрыта слизистой массой, из которой выступают длинные жгутики[15], которые непрерывно вращаются и продвигают бактерию.

Клетка заполнена водой, в которой «плавают» (растворены) миллиарды молекул, образуя густой вязкий «суп» — цитоплазму (клеточную плазму). В цитоплазме находится 200 миллионов молекул сахара. В накопительных отсеках клетки длинные цепи соединённых между собой сахаров отлагаются в форме крахмала. К этому следует добавить 30 миллионов молекул аминокислот и 25 миллионов тонкодиспергированных молекул жиров. Из трёх главных строительных «блоков» — сахара, аминокислоты и жира — построены почти все вещества клетки. Всего в одной клетке содержится примерно 1 миллион молекул белка. Белки состоят из длинных цепей аминокислот. В одной клетке присутствует приблизительно 5000 различных типов белковых молекул: некоторые белки используются клеткой как строительный материал, у иных белковых молекул другие функции. Так фибриллярные (нитевидные) белки способны сокращаться; это «мышечные белки», которые приводят в движение жгутики кишечных палочек. Транспортные белки осуществляют перенос вещества внутрь клетки или из клетки в окружающую среду (продукты жизнедеятельности клетки).

Однако многие молекулы белков имеют на своей поверхности углубления, или расщелины. Это и есть белки-ферменты. Они обусловливают все превращения веществ в клетке: расщепление пищи, приобретение энергии и построение новых веществ.

Подобно рабочим на фабрике, ферменты организованы в специальные подразделения. Ферменты либо свободно плавают в цитоплазме, либо прочно закреплены во впячиваниях клеточной стенки или на других частях клетки. При этом ферменты, как на конвейере, передают друг другу продукты своих реакций.

В кажущемся хаосе клетки существует порядок, потому что каждый фермент специализирован. Каждый фермент настроен на продукт реакции своего предшественника, он может воздействовать только на этот продукт и благодаря этому цепочка превращений в клетке продолжается дальше.

Следует только представить себе, что в клетке в одну секунду одновременно протекают превращения с участием нескольких тысяч различных веществ — и это в объёме, равном всего 1 · 10⁻⁹ мм³!

Клетка кишечной палочки (колибактерия, Escherichia coli) и некоторые количественные данные о ней. 1 нм = 0,001 мкм = 1 · 10⁻⁶ мм.

Строение клетки Escherichia coli.