Как клетка создается

Основной структуроной единицей строения живого является клетка Клетка строительный материал для тканей, о чем свидетельствует клеточная теория Деятельность организма сумма жизнедеятельности отдельных клеток. Вакуоль важнейшая составная часть растительных клеток Она представляет собой своеобразную полость резервуар массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной тонопластом. Кроме того, все клетки размножаются практически одинаково путем клеточного деления Наиболее распространенный тип клеточного деления, проиллюстрированный ниже, называется митозом непрямым делением Во время митоза исходная клетка, называемая родительской материнской клеткой, делится на две дочерние клетки Такой процесс, который у людей может занимать от нескольких минут до нескольких часов, заканчивается образованием точных копий исходной клетки. Аппарат Гольджи Выделяемые клеткой особые вещества, собранные вместе аппарат комплекс Гольджи. Лизосома Эта структура содержит пищеварительные ферменты, которые расщепляют сложные частицы и растворяют ненужные части клеток. Ядро Ядро содержит хромосомы, координирует все клеточные функции и служит качестве дупликационной фабрики.

В органоидах, которые называются митохондрии, вырабатываются соединения, являющиеся источником энергии В лизосомах благодаря активности специфических белков ферментов происходят процессы расщепления сложных органических молекул, попавших клетку, до более простых Так клетка синтезирует необходимые ей соединения. У некоторых клеток имеются жгутики, реснички, сократительные нити органоиды специального назначения. Клетки живых организмов содержат несколько видов химических соединений с разной строением и свойствами Состав этих сочетаний может отличаться разных групп организмов Большая часть клетки состоит из воды 70 80 2 Она создает благоприятную среду осуществления биохимических реакций, а также может быть результатом биохимических реакций Состав остальных элементов обычно подается далях к массе клетки без учета воды. Кроме белков, аминокислоты составляют пептиды и полипептиды Они выполняют различные функции, являются гормонами, натуральными антибиотиками и. Большинство клеток многоклеточного организма не имеют непосредственной связи с внешней средой Средой обитания клеток является межклеточная, тканевая жидкость Между клеткой и этой жидкостью постоянно осуществляется обмен различными соединениями Совокупность всех видов превращений веществ и энергии клетках, а значит, и организме, называется обменом веществ Обмен веществ и энергии обеспечивает процессы жизнедеятельности клетки и ее связь с окружающей средой. Специализация клеток закрепилась процессе эволюции Одни из них приобрели способность охранять организм от факторов внешней среды, вторые передавать информацию органам и тканям, третьи обеспечивать движение, четвертые опору, пятые выработку необходимых для организма биологических соединений Специализация отразилась на форме клеток, их строении, продолжительности жизни Мышечные и большинство нервных клеток стали вытянуты длину, клетки кожи приобрели плоскую форму Мужские половые клетки сперматозоиды имеют жгутик и способны перемещаться, а белые клетки крови могут двигаться благодаря способности образовывать ложноножки как амеба Кроме внешних различий, клетках изменилось количество органоидов Например, способные к сокращению или к секреции клетки имеют большое количество митохондрий, которые накапливают энергию Таким образом, по внешнему виду и количеству органоидов можно судить о функции клетки. Вода поступает клетку при помощи осмоса Это одностороннее проникновение воды через избирательно проникающую мембрану клетки Вода переходит из менее концентрированного раствора более концентрированный Чем больше концентрация веществ клетке, тем больше поступает нее воды Поступившая клетку вода увеличивает ее объем В клетке растений и грибов вода проходит через цитоплазму и накапливается вакуоли Объем вакуоли при этом увеличивается, она давит на цитоплазму Цитоплазма свою очередь давит на оболочку В клетке возникает давление, которое называется тургорным, и поступление воды клетку прекращается Если же вода частично расходуется, тургорное давление снизится, и вода снова осмотическим путем будет поступать клетку. Организм человека состоит приблизительно из 220 млрд клеток Их разделяют на две основные категории 20 млн долгожителей основном это нервные клетки и 200 млрд смертных клетки, которые постоянно замещаются Значит, большая часть клеток организма человека постоянно обновляется Например, продолжительность жизни клеток кишечника составляет от 3 до 5 дней, а скорость их замещения равно 1 млн мин Таким образом, слизистая оболочка кишечника полностью обновляется 90 раз течение одного года. Теперь нам всего лишь осталось объяснить, каким же образом всё получилось именно так Хотя, конечно, неприятно сознавать, что все наши клетки кроме эритроцитов только снаружи выглядят положительными, а внутри они отрицательные.

Так куда же деваются из клетки положительно заряженные частицы Напомню, что это покинувшие клетку и скопившиеся снаружи ионы натрия Na и калия. Образно говоря, можно выразиться так Создавая потенциал покоя, клетка заряжается любовью Это любовь к двум вещам. Механизм насыщения клетки калием мы уже объяснили это работа насосовобменников, а механизм ухода калия из клетки объясним ниже, когда перейдём к описанию второго этапа создания внутриклеточной отрицательности Итак, результат деятельности мембранных ионных насосовобменников на первом этапе формирования потенциала покоя таков. К каналы утечки постоянно открыты при нормальных значениях мембранного потенциала покоя и проявляют взрывы активности при сдвигах мембранного потенциала, которые длятся несколько минут и наблюдаются при всех значениях потенциала Усиление К токов утечки ведёт к гиперполяризации мембраны, тогда как их подавление к деполяризации Однако, существование канального механизма, ответственного за токи утечки, долгое время оставалось под вопросом Только сейчас стало ясно, что калиевая утечка это ток через специальные калиевые каналы. Электрические силы связаны с химическими по уравнению Гольдмана Его частным случаем является более простое уравнение Нернста по формуле которого можно рассчитать трансмембранную диффузионную разность потенциалов на основе различной концентрации ионов одного вида по разные стороны мембраны Так, зная концентрацию ионов калия снаружи и внутри клетки, можно рассчитать калиевый равновесный потенциал. Jacqueline FischerLougheed, JianHui Liu, Estelle Espinos, David Mordasini, Charles R Bader, et al 2001 Human Myoblast Fusion Requires Expression of Functional Inward Rectifier Kir2 1 Channels J Cell Biol 153. Sarah Sundelacz, Michael Levin, David L Kaplan 2008 Membrane Potential Controls Adipogenic and Osteogenic Differentiation of Mesenchymal Stem Cells PLoS ONE. Родина Т Г Сенсорный анализ продовольственных товаров Учебник для студентов вузов М Академия, 2004.

Растения, за исключением некоторых низших, состоят из органов, каждый из которых выполняет свою функцию организме Например, у цветковых растений органами являются корень, стебель, лист, цветок Каждый орган обычно построен из нескольких тканей Ткань это собрание клеток, сходных по строению и функциям Клетки каждой ткани имеют свою специальность Выполняя работу по своей специальности, они вносят вклад жизнь целого растения, которая состоит сочетании и взаимодействии разных видов работы различных клеток, органов, тканей. Эпидермальные клетки выделяют вещества, откладывающиеся на них снаружи виде пленки например, кутин, образующий плотную кутикулу, и воск кутин к тому же пропитывает и сами внешние стенки эпидермальных клеток Толстая внешняя оболочка и наружная пленка из кутина и воска обеспечивают изоляционные, защитные свойства этой ткани Сквозь ее слой затруднено проникновение газов, воды, бактерий Однако воздух обязательно должен входить внутрь зеленых частей растения, а наружу выходят водяные пары и кислород Обмен газами, а также водяным паром между атмосферой и внутренними тканями молодых органов, покрытых эпидермисом, осуществляется с помощью устьиц. Устьица образованы специальными клетками эпидермиса, между двумя из которых так называемыми замыкающими клетками устьица имеется отверстие регулируемой величины устьичная щель Через нее осуществляется связь между атмосферой и воздухоносными межклеточными пространствами толщи листа или другого органа, покрытого эпидермисом Замыкающие клетки устьиц под влиянием перемены условий влажности или освещения меняют свою форму, смыкаясь друг с другом или размыкаясь При этом они открывают или, соответственно, закрывают устьичную щель На свету, когда растение фотосинтезирует и нуждается притоке углекислого газа из атмосферы, устьичные щели открыты Ночью они закрываются замыкающие клетки закрывают просветы устьиц и жаркое время дня, что предохраняет растение от большой потери воды, от увядания. В стебле под покровными тканями находятся клетки луба Луб это система из элементов нескольких тканей проводящей, опорной, основной Важнейший элемент луба ситовидные трубки Они построены иэ удлиненных клеток, вытянутых вдоль стебля, сочлененных друг с другом концами Это живые, но безъядерные клетки, элементы цитоплазмы которых расположены пристенно Оболочки местах стыка этих клеток имеют многочисленные отверстия, так что нерегородки подобны ситу В результате этого смежные клетки сообщаются между собой и тем самым оказываются объединенными длинные трубки, тянущиеся сквозь жилки и черешки листьев, по стеблю и корню. Кроме того, луб содержит элементы опорной ткани лубяные волокна Это очень длинные клетки с утолщенными стенками длина клетки может превышать ее ширину тысячи раз У льна длина тонких вытянутых лубяных волокон достигает 4 см, а у рами даже 35 см Обычно это мертвые клетки, без протопласта Они выполняют механическую функцию, создавая прочность стебля. Большинство специализированных клеток не способно к размножению Однако растение растет всю свою жизнь, и течение всей жизни нем образуются новые клетки Они развиваются из клеток образовательных меристематических тканей Размножение делением является специализацией меристематических клеток, их функцией организме Происшедшие из них клетки развиваются, превращаясь те или иные специализированные клетки клетки ситовидных трубок, клетки пробки, волокна и Образовательная ткань находится разных частях растения например, точках роста на верхушках побегов, корней В толще стебля обычно есть несколько слоев образовательной ткани Под слоем пробки находятся клетки феллогена, которые, делясь, пополняют число клеток пробки, корки Внутрь от луба располагается слой клеток камбия Те из порождаемых ими клеток, которые образуются снаружи от камбия, развиваются клетки луба рис 25 Оказавшиеся внутри, ближе к оси ствола, дают начало клеткам древесины. Это краткое и схематичное изложение плана строения стебля, листа показывает, насколько разнообразны по величине, форме, строению, функции клетки одного и того же растения Если взять разные растения, то можно встретиться с еще большим многообразием клеток Однако, как правило, клетки одноименных тканей даже весьма далеких друг от друга растений сходны, поскольку эти клетки выполняют аналогичные функции Клетки эпидермиса листа березы и, например, одуванчика более похожи друг на друга, чем эпидермальная клетка одуванчика и его же ситовидная клетка Отличительные черты клетки связаны первую очередь с ее специальной функцией Клетки, специализированные механической функции, имеют утолщенные и нередко одревесневшие оболочки Специализация фотосинтезе ведет к появлению клетках хлоропластов Специализация проводящей функции связана с удлинением клеток, с утратой протопласта, с изменениями оболочках клеток на стыках, благодаря которым полости смежных клеток сообщаются Для клеток, специализированных защитной функции, характерны многообразные изменения внешних стенок, наличие волосков, способность вырабатывать защитные вещества. Вовторых, общие черты строении клеток растений разных видов связаны с тем, что все растения состоят той или иной степени родства Все растения развились путем эволюции от одноклеточных общих предков Общие черты унаследованы клетками современных растений от древних прародительских клеток С этим связано также наличие общих черт строения и работы растительных и животных клеток. Снаружи растительная клетка покрыта оболочкой неодинаковой по толщине и строению у разных клеток Образующие ее вещества вырабатываются цитоплазме и откладываются снаружи от нее, постепенно создавая оболочку Этими веществами прежде всего являются крупномолекулярные полисахариды пектин, гемицеллюлоза и небольших количествах целлюлоза Они образуют так назынаемую первичную оболочку Она довольно эластична, по мере роста клетки растягивается и тоже растет, а потому не препятствует росту клетки Однако она создает определенную прочность клетки и способна защитить ее от механических повреждений Есть клетки, которые лишены такой первичной оболочки, это некоторые клетки, служащие для бесполого и полового размножения зооспоры и гаметы водорослей и низших грибов, мужские гаметы высших растений У многих клеток имеется не только первичная, но еще и вторичная оболочка Она образуется под первичной и построена главным образом из целлюлозы Целлюлоза это полисахарид, молекулы которого образуют тончайшие нити микрофибриллы В оболочке нити целлюлозы погружены аморфное вещество, состоящее из пектиновых соединений У одних клеток эти микрофибриллы целлюлозы расположены поперек длины клетки, кольцами благодаря этому такие клетки могут растягиваться длину, но не ширину например, клетки сосудов стебля У других нити лежат продольно клетки с такой оболочкой эластичны при растягивании поперек, но очень жестки на продольное растяжение У третьих они расположены наискось, образуя спираль эпидермальные волоски семян хлопчатника, лубяные волокна Все это напоминает железобетонные конструкции, причем нити целлюлозы играют здесь роль железных прутьев, а пектиновые вещества роль цемента Клетки, имеющие вторичную оболочку, весьма прочны Они образуют механические, опорные ткани растения Иногда вторичная оболочка играет и роль склада питательных продуктов образующие ее вещества могут превращаться другие, более простые, которые расходуются как питание.

Другой механизм усиленного поглощения вещества клеткой состоит его связывании белками или другими веществами Связываясь, вещество уходит из внутриклеточного раствора и не препятствует дальнейшей диффузии этого же вещества Оно продолжает поступать клетку и скапливается ней связанной форме Так, клетках некоторых морских водорослей йод накапливается концентрациях, миллион раз превышающих его концентрацию морской воде. Во всех этих случаях речь идет о движении веществ путем диффузии Однако клеточные мембраны располагают и механизмами перемещения веществ через себя от меньшей их концентрации к большей Среди белков мембраны имеются белковые вещества, работа которых состоит перемещении различных веществ с одной стороны мембраны на другую Они называются транспортными ферментами Вероятно, такой транспортный фермент образует с переносимым веществом промежуточное соединение последнее проходит сквозь мембрану, расщепляется затем на исходные части, после чего фермент возвращается назад, а перенесенное вещество остается по другую сторону мембраны Детали этого процесса неизвестны, но сам факт такого активного транспорта веществ несомненен В отличие от диффузного, пассивного, ферментативный транспорт нуждается затрате энергии Вероятно, именно благодаря такому активному транспорту ионов клетки эпидермиса корней способны всасывать из почвы нужные растению неорганические вещества и затем передавать их по растению от клетки к клетке. Все химические реакции, протекающие клетке, и синтеза и распада осуществляются с помощью ферментов Ферменты белковые вещества, ускоряющие течение реакций Ускорение это настолько велико, что без ферментов подобные реакции вообще были бы невозможны клетке Известны случаи, когда благодаря ферменту реакция ускоряется 10 11 раз Это значит, что реакция, заканчивающаяся с участием фермента течение 0, 01 сек, без него протекала бы 31 год Понятно, что такие реакции без фермента были бы просто нереальными. Кроме того, благодаря ферментам течение химических реакций клетке управляемо, регулируемо Активность ферментов клетке меняется соответствии с ее потребностью определенном веществе или энергии, конечном результате работы этих самых ферментов Когда появляется потребность какомто веществе, включаются действие или заново синтезируются те ферменты, благодаря которым оно образуется Образование веществ, освобождение и запасание энергии это итог последовательных реакций, результат работы целой цепи ферментов Все структуры живых частей клетки построены именно из ферментов и из веществ, скрепляющих эти ферменты При этом ферменты, участвующие смежных, последовательно протекающих реакциях, и расположены рядом Они передают молекулы превращаемых ими веществ друг другу, как по конвейеру, причем каждый из них совершает над молекулой свою рабочую операцию. Первый этап расщепления молекулы глюкозы, во время которого она дробится пополам и который протекает гиалоплазме, дает клетке всего лишь две молекулы. Мы говорим здесь о глюкозе как о веществе, расщепляя которое клетка добывает энергию Глюкоза является центральным, но пе единственным из таких веществ Молекула ее имеет остов из шести атомов углерода, соединенных между собой В результате длинной и сложной цепи реакций ее молекула дробится, окисляется и, конце концов, расщепляется на шесть молекул неорганического вещества углекислого газа С02, каждая молекула которого содержит лишь один атом углерода, причем он предельно окислен Сложив все последовательные реакции окисления глюкозы и исключив при этом все промежуточные продукты, можно получить суммарную реакцию этого процесса. Эндоплазматический ретикулум органоид цитоплазмы, котором происходит синтез очень многих веществ табл.

Агранулярный эндоплазматический ретикулум, который растительной клетке количественно преобладает над гранулярным, не несет рибосом. Эндоплазматический ретикулум, кроме того, что он является конвейером для многих видов ферментативного превращения веществ, главным образом для их синтеза, представляет собой и систему магистралей, по которым вещества перемещаются по клетке Начинается ретикулум от наружной мембраны оболочки ядра и, ветвясь, подходит к различным органоидам цитоплазмы, а также к плазмалемме Тем самым он связывает между собой все части клетки Кроме того, каналы эндоплазматического ретикулума проходят через плазмодесмы, соединяя ретикулум соседних клеток. Далее, мембраны эндоплазматического ретикулума расчленяют цитоплазму на многочисленные отсеки, благодаря чему клетку нельзя представить как однородный массив, котором перемешаны самые различные вещества Условия одном отсеке могут быть совершенно иными, чем любом другом процессы, нем протекающие, могут идти только нем, тогда как каждом другом происходят иные процессы. Те части клетки, которые отмирают процессе ее развития, разрушаются с помощью ферментов лизосом В умершей клетке лизосомы разрушаются, ферменты оказываются цитоплазме, и вся клетка, за исключением оболочки, подвергается перевариванию. Хлоропласты обладают известной автономией системе клетки В них имеются собственные рибосомы и набор веществ, определяющих синтез ряда собственных белков хлоропласта Имеются также ферменты, работа которых приводит к образованию липидов, входящих состав ламелл, и хлорофилла Как мы видели, хлоропласт располагает и автономной системой добывания энергии Благодаря всему этому хлоропласты способны самостоятельно строить собственные структуры Существует даже взгляд, что хлоропласты как и митохондрии произошли от какихто низших организмов, поселившихся растительной клетке и сперва вступивших с нею симбиоз, а затем ставших ее составной частью, органоидом. Хромопласты возникают либо из пропластид, либо из хлоропластов, либо из лейкопластов Их внутренняя мембранная структура гораздо проще, чем у хлоропластов Гран нет, строма содержит много желтого или оранжевого пигмента Хромопласты содержатся клетках лепестков, плодов, корнеплодов. В типичной растительной клетке имеется крупная вакуоль, наполненная жидким содержимым Часто вакуоль занимает почти весь объем клетки, так что цитоплазма составляет лишь тонкий слой, прилегающий к клеточной оболочке У молодых клеток бывает несколько мелких вакуолей, которые по мере развития клетки разрастаются и сливаются одну Со держимое вакуоли клеточный сок это водный раствор очень многих веществ сахаров, аминокислот, других органических кислот, пигментов красящих веществ, витаминов, дубильных веществ, алкалоидов, гликозидов, неорганических солей нитратов, фосфатов, хлоридов, иногда белков. У подавляющего большинства растений исключение составляют прокариотические организмы каждой живой клетке имеется ядро или несколько ядер Клетка, лишенная ядра, способна жить лишь короткое время Безъядерные клетки ситовидных трубок живые клетки Но живут они недолго Во всех других случаях безъядерные клетки являются мертвыми.

Ядро всегда лежит цитоплазме Форма ядра может быть различной округлой, овальной, сильно вытянутой, неправильномноголопастной В некоторых клетках контуры ядра меняются ходе его функционирования, причем на его поверхности образуются лопасти различной величины Размеры ядер неодинаковы и клетках разных растений, и разных гглетках одного и того же растения Относительно крупные ядра бывают молодых, меристематических клетках, которых они могут занимать до 3 4 объема всей клетки Относительные, а иногда и абсолютные размеры ядер развитых клетках значительно меньше, чем молодых. В ядре хранятся сведения о всех свойствах клетки и организма Ядро организует синтез каждого из этих белков нужный момент При делений клетки, сопровождающемся делением ядра, вся эта информация полном объеме переходит каждое из вновь образуемых ядер, каждую новую клетку Это возможно благодаря тому, что перед делением весь генный материал хромосом самоудваивается, образуются два одинаковых его экземпляра и по одному из них оказывается каждом из новых ядер Ядро каждой клетки содержит полный набор генов, свойственных данному организму Однако течение жизни разных специализированных клеток работают далеко не все гены В одних клетках функционирует одна часть генов, других другая, третьих третья Именно поэтому клетки разных тканей одного организма отличаются друг от друга Значительная часть генов так и остается пассивном, лишь храпящем информацию состоянии от рождения до самой смерти клетки, организма Кроме того, гены данной клетке работают не одновременно одни активны один период жизни клетки, на такомто этапе ее развития другие на другом и. Генный материал, как говорилось, находится хромосомах Поэтому работа ядра по хранению наследственной информации, по ее удвоению и передаче из клетки клетку, по организации синтеза различных белков течение жизни клетки это прежде всего работа хромосом Хотя они существуют течение всей жизни клетки, но виде четких структур хромосомы различимы ядре только во время деления клетки В это время происходит конденсация материала хромосом и хромосомы удается выявить методами микроскопии как индивидуальные, четко очерченные образования. В жизненном цикле мхов, папоротников чередуются организмы с диплоидными и гаплоидными клетками Эти организмы у папоротников ведут самостоятельную, изолированную друг от друга жизнь У мхов диплоидное растение живет на гаплоидном В диплоидном организме образуются гаплоидные клетки споры Каждая из них, прорастая, дает гаплоидный организм, организм, построенный из гаплоидных клеток В нем образуются гаплоидные же половые клетки гаметы. Мейоз отличается от митоза двумя принципиальными моментами Вопервых, при мейозе происходят слипание каждой пары гомологичных хромосом и обмен между ними частью наследственного материала, чего нет при митозе Вовторых, при мейозе к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы, по одной от каждой пары, а при митозе каждая хромосома расщепляется на хроматиды и к полюсам расходятся хроматиды, по одной от каждой хромосомы В результате мейоза из диплоидной клетки образуются гаплоидные. Эти проблемы современная цитология исследует, применяя разнообразные методы микроскопические, биохимические, биофизические, генетические и тесно взаимодействуя с другими смежными биологическими науками. Подавляющее большинство клеток не видимы невооруженным глазом поэтому изучение клеток тесно связано с развитием техники микроскопирования Первые микроскопы были сконструированы начале. В момент возникновения клеточной теории вопрос о том, как образуются клетки организме, не был окончательно выяснен М Шлейден и Т Шванн считали, что клетки организме возникают путем новообразования из первичного неклеточного вещества Это представление было опровергнуто к середине XIXв что нашло отражение знаменитом афоризме Р Вирхова omnis cellula a cellula всякая клетка происходит только от клетки Дальнейшее развитие цитологии полностью подтвердило, что и клетки животных, и клетки растений возникают только результате деления предшествующих клеток и никогда не возникают de novo из неживого или живого вещества. Во второй половине XIX и начале XXвв Были выяснены основные детали тонкого строения клетки, что стало возможным благодаря крупным усовершенствованиям микроскопа и техники микроскопирования биологических объектов.

Параллельно с усовершенствованием микроскопа были разработаны оптимальные приемы подготовки биологических объектов для микроскопического исследования Вместо наблюдений за живыми тканями или тканями, находящимися на начальных этапах предсмертных изменений, исследования стали проводиться почти исключительно на фиксированном материале В употребление были введены такие широко известные настоящее время фиксаторы, как хромовая кислота 1850, пикриновая кислота 1865, формалин и а также сложные фиксаторы, состоящие из двух и более ингредиентов. Крупный вклад развитие учения о клетке второй половины XIX начала XXвв Внесли отечественные цитологи И Д Чистяков описание фаз митотического деления, И Н Горожанкин изучение цитологических основ оплодотворения у растений и особенно С Т Навашин, открывший 1898г явление двойного оплодотворения у растений. Клеточная теория сохранила свое значение и настоящее время Она была неоднократно проверена и дополнена многочисленными материалами о строении, функциях, химическом составе, размножении и развитии клеток разнообразных организмов. Клетки всех организмов имеют единый план строения, котором четко проявляется общность всех процессов жизнедеятельности Каждая клетка включает свой состав две неразрывно связанные части цитоплазму и ядро Как цитоплазма, так и ядро характеризуются сложностью и строгой упорядоченностью строения и, свою очередь, состав их входит множество разнообразных структурных единиц, выполняющих совершенно определенные функции. Белок рибосом самых разнообразных клеток и разных организмов общем одинаков по составу аминокислот, причем нем часто преобладают основные аминокислоты, а следовательно, белки рибосом имеют свойства Рибосомы содержат также. Снаружи хлоропласты ограничены двумя мембранами наружной и внутренней В состав хлоропластов высших растений, по данным электронной микроскопии, входит большое количество гран, расположенных группами Каждая грана состоит из многочисленных круглых пластин, имеющих форму плоских мешочков, образованных двойной мембраной и сложенных друг с другом наподобие столбика монет Граны соединяются между собой посредством особых пластин или трубочек, расположенных строме хлоропласта и образующих единую систему Зеленый пигмент хлоропластов содержат только граны строма их бесцветна. Пластиды развиваются из особых клеточных структур, носящих название пропластид Пропластиды это бесцветные образования, внешне похожие на митохондрии, но отличающиеся от них более крупными размерами и тем, что всегда имеют удлиненную форму Снаружи пластиды ограничены двойной мембраной, небольшое количество мембран находится также их внутренней части. Формирование и накапливание секреторных гранул это основная, очень важная, но не единственная функция аппарата Гольджи. Лизосомы Лизосомы были открыты 1955 году при исследовании клеток печени крысы биохимическими методами Открытие лизосом связано с работами ДеДюва. В объяснении процессов репродукции центриолей до сих пор имеется много дискуссионных вопросов, но сейчас уже определенно показано, что репродукция этих структур происходит путем почкования От уже имеющейся клетке родительской центриоли начинает расти маленький зачаток, представляющий собой дочернюю центриоль Зачаток увеличивается размерах и, вырастая, превращается точно такую же центриоль, как родительская Затем эта дочерняя центриоль отделяется от родительской Такой путь формирования новой центриоли был детально изучен у простейших жгутиконосцев С помощью электронномикроскопических исследований Д Мэзия 1961 и его сотрудники выяснили, что такой же способ репродукции центриолей путем почкования свойственен и клеткам позвоночных животных.

С конца прошлого века до настоящего времени ведутся интенсивные исследования строения и функций ядра Различают ядро состоянии интерфазы обычное ядро функционирующей клетки и ядро процессе клеточного деления Однако не все интерфазные ядра одинаковы По их дальнейшим возможностям можно различить 1 ядра размножающихся клеток между двумя делениями 2 ядра уже не делящихся, но способных к делению клеток 3 ядра клеток, утративших способность делиться совсем Обнаружить различия строении интерфазных ядер двух последних типов не удается. Все клетки растительных и животных организмов, а также микроорганизмов сходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органического мира. Вода определяет физические свойства клетки ее объем, упругость Велико значение воды образовании структуры молекул органических веществ, частности структуры белков, которая необходима для выполнения их функций Велико значение воды как растворителя многие вещества поступают клетку из внешней среды водном растворе и водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки Наконец, вода является непосредственным участником многих химических реакций расщепление белков, углеводов, жиров. Микроскопическое исследование живых клеток и тканей широко применяется цитологии для самых различных целей, например для изучения изменений, происходящих клетках при разнообразных внешних воздействиях, для выяснения закономерностей обмена веществ клетках, для изучения клеточных структур, токов цитоплазмы, клеточной проницаемости и. Приготовление препаратов живых клеток Наблюдения над живыми клетками требуют, прежде всего, приготовления специальных препаратов Мелкие организмы, такие, как одноклеточные водоросли, простейшие, бактерии и др переносятся вместе с каплей среды, которой они культивируются, на предметное стекло Препарат накрывается покровным стеклом, и его можно исследовать под микроскопом Живые клетки из тканей многоклеточных организмов исследовать труднее, так как для приготовления препаратов эти клетки нужно отделить от ткани, что связано с нанесением им какихто повреждений Выделение клеток, а также наблюдения над ними необходимо производить средах, пригодных для более или менее продолжительного переживания их и разных для различных организмов Так, клетки растений обычно исследуются воде, а клетки разнообразных холоднокровных и теплокровных животных физиологическом растворе. Эта же группа ученых 2003 году полностью расшифровала геном человека, а 2007 создала искусственную хромосому, собрав ее из химических субстанций Все это были предварительные шаги для того, чтобы сейчас использовать эти достижения генетики создании первого экземпляра искусственной живой клетки. Команда Вентера не создала жизнь из ничего В эксперименте был искусственным способом создан синтетический геном, и по этой выкройке была создана новая бактерия Процесс этой работы по выращиванию живой клетки позволил экспериментаторам лучше понять, как работают живые клетки. Нарушение работы одной из частей этого сложного биологического механизма ведёт к неэффективной или нарушенной работе других Это похоже на принцип домино упавшая первая кость домино ведёт к падению целой цепочки И чтобы вновь восстановить эту цепочку, необходимо поднять все её части, вплоть до самой первой, то есть, устранить причину возникновения Вот этом и заключается суть нашего подхода предлагаемом лечебновосстановительном комплексе. Клеточная теория одно из важнейших обобщений биологии Ее создание стало значительным событием естествознании Клеточная теория оказала существенное влияние на развитие биологии и послужила фундаментом для дальнейшего развития многих биологических дисциплин эмбриологии, гистологии, физиологии. Глава 4 Структурная организация и регуляция функций живых организмах.

Клетка основа многоклеточных организмов и физиологическом отношении, так как является исходной единицей функциональной активности его органов и тканей Надо, однако, помнить, что жизнь простейшего одноклеточного организма богаче и разнообразнее самой сложной и относительно самостоятельной клетки многоклеточного организма, хотя некоторая аналогия функциональной деятельности имеется Клетка сложная, целостная система, образованная из взаимодействующих компонентов В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды При этом одна из ее особенностей как целостной системы обратимость некоторых происходящих ней процессов Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию Клетка выполняет функцию связи между индивидуумом и видом, поскольку ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие его особей С введением цитологию современных физических и химических методов исследования, таких, как изотопное мечение живых клеток, дифференциальное центрифугирование позволяющее разделять клетку на составные части, стало возможным изучить структуру и функционирование различных компонентов клетки рис. Рис 30 Живая клетка из скорлупы кокосового ореха с ветвистыми каналами и очень толстой одревесневшей оболочкой 1 поровые каналы, заполненные цитоплазмой 2 ядро 3 слоистая оболочка клетки 4 цитоплазма. При химических или физических изменениях во внешней и внутренней среде клеточные мембраны изменяют свою проницаемость, а также степень и сам характер ее избирательности На этом основываются механизмы регуляции движения веществ клетку и из клетки Изменение проницаемости мембран для питательных веществ отражается на интенсивности обменных процессов клетке, на характере протекающих ней синтезов, на всей ее жизнедеятельности В изменении проницаемости мембран для ионов натрия и калия состоит механизм распространения клеточного возбуждения возникновения и перемещения биотока К поверхности мембраны присоединено большое количество катионов, главным образом ионов калия Поэтому она несет снаружи положительный заряд Под влиянием раздражителей ионы калия отщепляются от участка, подвергшегося воздействию, заряд участка падает и он становится электроотрицательным по отношению к соседним участкам мембраны Эта электроотрицательность является, свою очередь, раздражителем для соседних участков, тем же путем снимая их заряд, деполяризуя их Волна электроотрицательности распространяется по мембране это и есть биоток Затем ионы калия снова садятся на мембрану, придавая ей исходный заряд, за волной деполяризации следует волна восстановления Поверхности плазмодесм, проходящих сквозь клеточные стенки и соединяющих цитоплазму соседних клеток, тоже образованы такими мембранами Биоток движется и по ним, распространяясь от клетки к клетке Биотоки растительной клетки пока еще мало изучены Однако ясно, что они являются способом сигнализации, используемым растительной клетке для пуска ход одних химических реакций и торможения других Дело том, что все химические процессы, протекающие клетке и составляющие сущность ее жизнедеятельности, идут с участием биологических катализаторов ферментов Каждая реакция возможна лишь тогда, когда фермент, пускающий ее ход, активен Большинство ферментов становятся активными под действием тех или иных неорганических катионов К, Na, Ca, Mg, Mn Биоток, меняя проницаемость мембран для заряженных веществ, создает условия для их проникновения сквозь мембраны и контакта с ферментами Тем самым биоток включает действие те или иные ферменты и этим регулирует, направляет обмен веществ клетке Регуляция обмена веществ биотоками это лишь один из многих способов регуляции внутриклеточного метаболизма. Рис 32 Трёхмерное схематическое изображение строения части диктиосомы из растительной клетки Слева показана часть пяти смежных цистерн Справа более увеличенном виде представлено образование секретируемого аппаратом Гольджи пузырька, еще прикрепленного к каналам разветвлениям цистерн 1 пузырьки 2 цистерны 3 каналы 4 развивающиеся пузырьки. Хлоропласты обладают известной автономией системе клетки В них имеются собственные рибосомы и набор веществ, определяющих синтез ряда собственных белков хлоропласта Имеются также ферменты, работа которых приводит к образованию липидов, входящих состав ламелл, и хлорофилла Как мы видели, хлоропласт располагает и автономной системой добывания энергии Благодаря всему этому хлоропласты способны самостоятельно строить собственные структуры Существует даже взгляд, что хлоропласты как и митохондрии произошли от какихто низших организмов, поселившихся растительной клетке и сперва вступивших с нею симбиоз, а затем ставших ее составной частью, органоидом.

Рис 36 Диплоидные наборы хромосом клетках скерды зеленой Crepis capillaris слева и сложноцветного Haplopappus gracilis справа во время деления клеток У Haplopappus легко опознать гомологичные хромосомы хромосомы одной из пар имеют вид дуг хромосомы другой пары несут на конце по каплевидному образованию, соединенному перемычкой с остальной частью хромосомы, это так называемый спутник. Гаплоидный набор, входящий состав диплоидного и происходящий из отцовской гаметы, несет отцовскую наследственность с ее индивидуальными чертами, а гаплоидный набор из материнской гаметы материнскую Сложное взаимодействие однородных, но не всегда тождественных генов двух гаплоидных наборов, сумме образующих один диплоидный, определяет, какие признаки проявятся у диплоидного потомства, которое, по существу, является гибридом отца и матери. При смене диплоидного поколения клеток гаплоидным происходит так называемое редукционное деление ядра мейоз Во время мейоза рис 38 гомологичные хромосомы каждой пары сближаются, тесно прилегают друг к другу по своей длине, перекручиваются Между соприкасающимися гомологичными хромосомами происходит обмен отдельными участками В результате этого часть генов отцовских хромосом переходит состав материнских хромосом, а соответствующие им гены материнских хромосом занимают освободившиеся места отцовских хромосомах явление кроссинговера рис 38А Внешний вид тех и других хромосом результате этого не меняется, но их качественный состав становится иным Отцовская и материнская наследственности перераспределяются и смешиваются Далее ядерная оболочка и ядрышко растворяются, образуется аппарат веретена, такой же, как при митозе Гомологичные хромосомы разъединяются и с помощью нитей веретена расходятся к полюсам клетки У одного полюса оказывается один гаплоидный набор хромосом по одной гомологичной хромосоме из каждой пары, у другого второй гаплоидный набор. Клетка представляет собой структурную и функциональную единицу, лежащую основе строения и развития организмов В многоклеточном организме форма строения клеток соответствии с выполняемыми ими функциями очень различна Однако основные черты их организации свойственны как простейшим, так и многоклеточным животным и растениям Каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра Оба эти компонента представляют собой единую и неделимую структурную и функциональную систему, части которой не могут существовать раздельно. Цитоплазму часто обозначают другим термином протоплазмой Однако многие ученые слово протоплазма вкладывают иное содержание, обозначая им все живые части клетки, том числе и ядро Ввиду некоторой неопределенности термина протоплазма дальнейшем изложении кы не будем им пользоваться. Часть цитоплазматических мембран лишена рибосом и образует особую систему, называемую аппаратом Гольджи Это образование обнаружено клетках уже довольно давно, ибо его удается выявить особыми методами при исследовании световом микроскопе Однако тонкая структура аппарата Гольджи стала известна лишь результате электронномикроскопических исследований Функциональное значение этого органоида сводится к тому, что области аппарата концентрируются различные синтезируемые клетке вещества, например зерна секрета железистых клетках и Мембраны аппарата Гольджи находятся связи с эндоплазматической сетью Возможно, что на мембранах аппарата Гольджи протекает ряд синтетических процессов. Кроме перечисленных цитоплазматических органоидов клетки, ней могут присутствовать различные специальные структуры и включения, связанные с обменом веществ и выполнением различных специальных, свойственных данной клетке функций В животных клетках обычно присутствует гликоген, или животный крахмал Это резервное вещество, потребляемое процессе обмена веществ как основной материал для окислительных процессов Часто имеются жировые включения форме мелких капель В специализированных клетках, таких, как мышечные клетки, имеются особые сократимые волоконца, связанные с сократительной функцией этих клеток Ряд специальных органоидов и включений имеется растительных клетках В зеленых частях растений всегда присутствуют хлоропласты белковые тела, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, при участии которого осуществляется фотосинтез процесс воздушного питания растения В качестве резервного вещества здесь обычно находятся крахмальные зерна, отсутствующие у животных В отличие от животных, растительные клетки обладают, кроме наружной мембраны, прочными ободочками из клетчатки, что обусловливает особую прочность растительных тканей. Одним из основных биологических процессов, обеспечивающих преемственность форм жизни и лежащих основе всех форм размножения, является процесс деления клетки Этот процесс, известный под названием кариокинеза, или митоза, с удивительным постоянством, лишь с некоторыми вариациями деталях, осуществляется клетках всех растений и животных, том числе и простейших При митозе происходит равномерное распределение хромосом, претерпевающих удвоение между дочерними клетками От любого участка каждой хромосомы дочерние клетки получают половину Не вдаваясь детальное описание митоза, отметим лишь его основные моменты рис. Таким образом, двух различных системах, небольших фрагментах, отделенных от клетки, и многоядерных гигантах, полученных слиянием нескольких клеток или блокадой их деления, цитоплазма способна самоорганизовываться структуру, принципиально сходную со структурой нормальной клетки. Еще один тип многоядерных клеток гигантские клетки инородных тел Такие клетки образуются под кожей или других тканях из одноядерных клеток макрофагов, прилипших к поверхности инородного тела, застрявшего этих тканях, например пули или иглы Макрофаги безуспешно пытаются фагоцитировать инородное тело Смысл слияния гиганты заключается, повидимому, том, чтобы увеличить фагоцитирующую поверхность Вероятно, по сходным причинам костной ткани становятся многоядерными особые клетки остеокласты, которые разрушают излишнее костное вещество.

Тромбоциты крови самый интересный и важный пример образования отделенных от клеток цитоплазматических фрагментов, способных к самоорганизации Тромбоциты играют центральную роль свертывании крови, образовании тромбов сгустков, закрывающих просвет разорвавшегося кровеносного сосуда и останавливающих кровотечение из этого сосуда Патологическое тромбообразование основа самых распространенных сердечнососудистых заболеваний, особенности инфарктов и инсультов Неактивированные тромбоциты, циркулирующие крови человека, представляют собой небольшие безъядерные образования рис 4, покрытые мембраной и содержащие цитоплазме много неполимеризованного актина, а также гранул разного состава При действии химических веществ, связывающихся с рецепторами на наружной стороне их мембраны, например коллагена, тромбоциты активируются Такая активация начальный этап свертывания крови На поверхности активированного тромбоцита выпячиваются многочисленные псевдоподии У тромбоцитов, так же как и у больших ядерных клеток, молекулярной основой образования псевдоподий является полимеризация актиновых микрофиламентов из растворимого актина К микрофиламентам присоединяются миозин и другие молекулы В результате псевдоподии, как и у больших клеток, становятся сократимыми, способными прикрепляться к различным поверхностям, например к коллагеновым волокнам см рис. Таким образом, тромбоциты можно рассматривать как фрагменты цитоплазмы, естественно образующиеся из структур противоположного типа гигантских клеток Эти фрагменты могут длительно сохраняться крови упакованном виде, но при необходимости могут однократно активироваться и самоорганизоваться, а затем, выполнив свою функцию, активировав свертывание, погибать.

 

© Copyright 2017-2018 - academy-schools-7.ru