Полная версия

Главная arrow География arrow БИОХИМИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

КЛЕТКА - ОСНОВНОЙ СТРУКТУРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Живая природа является неоднородной целостной системой, которой свойственна иерархическая организация (рис. 1.3). Совокупность всех живых организмов и среды их обитания называют биосферой.

Клетка является структурной и функциональной основой живых существ. Клеточная теория сформулирована Маттиасом Шлейденом и Теодором Шванном в 1838 г. Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей как растениям, так и животным. Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития растений и животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения.

Иерархическая организация живой природы

Рис. 1.3. Иерархическая организация живой природы

  • 1. Клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.
  • 2. В сложных многоклеточных организмах клетки различаются (дифференцированы) по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
  • 3. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов гомологичны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.
  • 4. Размножение клеток происходит путем их деления. Положение о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из ее более мелких компонентов - генам и хромосомам, а также к генетическому механизму, обеспечивающему передачу вещества наследственности следующему поколению.
  • 5. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических, гуморальных и нервных факторов (молекулярная регуляция).
  • 6. Клетки многоклеточных тотипотентны, т. е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но разной экспрессией (работой) генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию (дифференцировке).

Иными словами, практически все биохимические реакции (на 95 %) протекают в клетке; состав клеток определяет состав организма, а превращения, происходящие в клетке, - его жизнедеятельность.

Значение клеточной теории состоит в том, что она доказывает единство происхождения всех живых организмов на Земле.

В общем смысле структура - это совокупность элементов, связанных между собой. Например, совокупность клеток определяет структуру организма. Биоэнергетический процесс в организме осуществляется через совокупность клеток. Клеточная структура - это совокупность элементов (органелл), входящих в состав клетки.

Клетки подразделяют на два больших класса (рис. 1.4): прокариотические (ПК) и эукариотические (ЭК).

Термины «прокариот» и «эукариот» возникли от древнегреческого карион - орех, ядро и обозначают прокариот - до ядра и эукариот - с ядром.

Клетки прокариотического типа морфологически не структурированы (цитоплазма и ядро не разделены мембранами). По такому типу построены клетки бактерий и сине-зеленых водорослей (цианобактерий).

Схематическое изображение строения прокариотических (а) и эукариотических (б) клеток

Рис. 1.4. Схематическое изображение строения прокариотических (а) и эукариотических (б) клеток

Клетки эукариотического типа подразделяют на растительные и животные. Эукариотические клетки структурированы - все компоненты отделены мембранами.

Между прокариотическими и эукариотическими клетками существует множество и иных различий. У большинства прокариотических клеток нет внутренних мембранных органелл, а у большинства эукариотических есть митохондрии и хлоропласты. Эти полуавто- номные органеллы - потомки бактериальных клеток. Таким образом, эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека). Итак, гомология всех клеток свелась к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов (у архебактерий она имеет иной химический состав, чем у остальных групп организмов), рибосом и хромосом - наследственного материала в виде молекул ДНК, образующих комплекс с белками.

Общее происхождение всех клеток подтверждается единством их химического состава. В табл. 1.1 представлены строение и функции основных компонентов клеток (органелл).

Общие признаки растительной и животной клетки:

  • 1) единство структурных систем - цитоплазмы и ядра;
  • 2) сходство процессов обмена веществ и энергии;
  • 3) единство принципа наследственного кодирования;
  • 4) универсальное мембранное строение;
  • 5) единство химического состава;
  • 6) сходство процесса деления клеток.

Отличительные признаки растительной и животной клетки приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.1

Строение эукариотической клетки

Органеллы

Строение

Функции

Клеточная

мембрана

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой молекул класса липидов, которые имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть

Мембрана отделяет содержимое клетки от внешней среды или разделяет клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты, или органеллы, в которых поддерживаются определенные условия внутриклеточной среды. У растений располагается внутри клеточной стенки

Ядро

Клетки эукариот обычно имеют одно ядро, отделенное от цитоплазмы двуслойной ядер- ной оболочкой. Ядерная оболочка - производное эндоплазматического ретикулума, состоит из двух слоев - внешнего и внутреннего. Внутри ядерной оболочки располагаются компоненты ядра: хроматин, кариоплазма и оптически плотные ядрышки

Ядро - органелла эукариотической клетки, содержащая генетическую информацию в форме ДНК

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР)

Эндоплазматический ретикулум разветвленная сеть трубочек и карманов, окруженных мембраной. Выделяют два вида ЭПР: гранулярный и агранулярный (гладкий). На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума находится большое количество рибосом

При участии эндоплазматического ретикулума происходит транспорт белков, синтез и транспорт липидов и стероидов. Для ЭПР характерно также накопление продуктов синтеза

Органеллы

Строение

Функции

Аппарат Гольджи (АГ)

А Г - мембранная структура эукариотической клетки, в основном предназначенная для выведения веществ, синтезированных в ЭПР

В цистернах аппарата Гольджи созревают белки, предназначенные для секреции наружу, трансмембранные белки плазматической мембраны, белки лизосом и т. д.

Лизосомы

Лизосома - клеточный органоид, содержащий ряд ферментов - гидролаз, способных расщеплять белки, липиды и нуклеиновые кислоты, катепсины (тканевые протеазы), рибонуклеа- зы, кислую рибонуклеазу, кислую фосфатазу, фосфолипазу

Органелла служит для переваривания захваченных клеткой частиц и ненужных клетке структур, например, во время замены старых органоидов новыми

Митохондрии

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. В матриксе митохондрии (полужидком веществе) находятся ферменты, рибосомы, ДНК, РНК

Универсальная органелла является дыхательным и энергетическим центром

Лейкопласты

(пластиды)

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Форма округлая, бесцветны

1

Характерны для растительных клеток, служат местом отложения запасных питательных веществ, главным образом крахмальных зерен

Хлоропласты

(пластиды)

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. В белковолипидном матриксе находятся собственные рибосомы, ДНК, РНК

Характерные для растительных клеток органеллы фотосинтеза

Хромопласты

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Окраска красная, оранжевая, желтая

Характерны для растительных клеток. Придают лепесткам цветков окраску, привлекательную для насекомых-опылителей

Клеточный центр

Ультрамикроскопическая органелла немембранного строения. Состоит из двух центрио- лей

Принимает участие в делении клеток животных и низших растений

Органоиды

движения

Реснички - многочисленные цитоплазматические выросты на поверхности мембраны

Удаление частичек пыли (реснитчатые эпителии верхних дыхательных путей), передвижение (одноклеточные организмы)

Жгутики - единичные цитоплазматические выросты на поверхности клетки

Передвижение (сперматозоиды, зооспоры, одноклеточные организмы)

Ложные ножки (псевдоподии) - амебовидные выступы цитоплазмы

Образуются у животных в разных местах цитоплазмы для захвата пищи, передвижения

Миофибриллы - тонкие нити длиной до 1 см и более

Служат для сокращения мышечных волокон, вдоль которых они расположены

Цитоплазма, осуществляющая струйчатое и круговое движение

Перемещение органелл клетки по отношению к источнику света (при фотосинтезе), тепла, химического раздражителя

Клеточные включения

К клеточным включениям относят углеводы, жиры и белки, накапливающиеся в цитоплазме в виде капель, зерен и кристаллов

Клеточные включения синтезируются или накапливаются в клетках и используются в ходе обмена веществ

Разные виды клеток в разной мере нуждаются в тех или иных органеллах. Например, мышечные клетки богаты митохондриями, так как им необходимо большое количество АТР, а зрелые эритроциты вообще лишены органелл.

Отличительные признаки растительной и животной клетки

Таблица 1.2

Признаки

Растительная клетка

Животная клетка

Способ питания

Автотрофный (фототроф- ный, хемотрофный)

Гетеротрофный (сапро- трофный, хемотрофный)

Синтез АТР

В хлоропластах, митохондриях

В митохондриях

Расщепление

АТР

В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии

В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии

Пластиды

Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты

Отсутствуют

Клеточный центр

У низших растений

Во всех клетках

Вакуоли

Крупные полости, заполненные клеточным соком - водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами; осмотические резервуары клетки

Сократительные, пищеварительные, выделительные; обычно мелкие

Включения

Запасные питательные вещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла; в вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей

Запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; пигменты

Целлюлозная клеточная стенка

Расположена снаружи от клеточной мембраны

Отсутствует

Реакции в живых клетках протекают в объемах, строго ограниченных размерами клетки или ее органеллы, стенки которых имеют толщину порядка нескольких молекул. Объемы этих «реакционных сосудов» черезвычайно малы. Так, объем клетки Escherichia coli (Е. coli) составляет ~ 210 12 мл (геометрическая форма - вытянутый цилиндр длиной около 2 мкм, толщина ее стенки - 10 нм). Размеры большинства клеток животных организмов (в том числе и человека) на порядок больше. Самыми мелкими из всех известных клеток являются сферические клетки с диаметром около 0,33 мкм - микоплазмы (один из видов микоплазм Mycoplasma pneumoniae может вызывать первичную - атипичную — пневмонию). Малые размеры позволяют микоплазмам легко проходить через фильтры, задерживающие более крупные бактерии. Ниже представлены примерные размеры некоторых биологических объектов (нм):

Молекула глюкозы............................................................ 0,7

Белковая молекула малых размеров

(например, миоглобин) ..................................................... 3,5

Белковая молекула средних размеров

(например, гемоглобин).................................................... 6,8

Рибосома Escherichia coli.................................................. 18

Вирус полиомиелита......................................................... 30

Вирус табачной мозаики................................................... 300

Клетка Escherichia coli ...................................................... 2000

Клетка печени.................................................................... 20 000

Оптимальное соотношение между площадью поверхности клетки и ее объемом позволяет обеспечивать поступление необходимого количества питательных веществ внутрь клетки для протекания метаболических процессов. Например, клетки, основная функция которых состоит в поглощении питательных веществ из окружающей среды (клетки, выстилающие просвет тонкого кишечника или клетки корневых волосков растений), для оптимального выполнения своей роли увеличивают площадь своей поверхности, соприкасающейся с питательными веществами, за счет микроворсинок.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>