4. Жизненный цикл клетки

Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют содержание жизненного цикла клетки (клеточного цикла). Клеточный цикл – это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.

Важным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл – комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя. В периоды покоя ближайшая судьба клетки не определена: она может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении (рис. 2.10).

Продолжительность митотического цикла для большинства клеток составляет от 10 до 50 ч. Длительность цикла регулируется путем изменения продолжительности всех его периодов. У млекопитающих время митоза составляет 1–1,5 ч, 02-периода интерфазы –2–5 ч, S-периода интерфазы – 6–10 ч.

Биологическое значение митотического цикла состоит в том, что он обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. Таким образом, цикл является всеобщим механизмом воспроизведения клеточной организации эукариотического типа в индивидуальном развитии.

Главные события митотического цикла заключаются в редупликации (самоудвоении) наследственного материала материнской клетки и в равномерном распределении этого материала между дочерними клетками. Указанным событиям сопутствуют закономерные изменения химической и морфологической организации хромосом – ядерных структур, в которых сосредоточено более 90% генетического материала эукари-отической клетки (основная часть внеядерной ДНК животной клетки находится в митохондриях). Хромосомы во взаимодействии с внехромосомными механизмами обеспечивают: а) хранение генетической информации, б) использование этой информации для создания и поддержания клеточной организации, в) регуляцию считывания наследственной информации, г) удвоение (самокопирование) генетического материала, д) передачу его от материнской клетки дочерним.

Обмен веществ – поступление в клетку веществ, их усвоение и выведение продуктов жизнедеятельности. Вещества из внешней среды поступают через цитоплазматическую мембрану н по каналам эндоплазматическои сети или непосредственно по гиалоплазме транспортируются к клеточным органоидам и ядру. Их дальнейшие превращения происходят под воздействием многочисленных ферментов, которые синтезируются в клетке на рибосомах эндоплазматическои сети.

Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ферменты, их роль в реакциях обмена веществ.

1. Метаболизм – совокупность химических реакций в клетке: расщепления (энергетический обмен) и синтеза (пластический обмен). Зависимость жизни клетки от непрерывного поступления веществ из внешней среды в клетку и выделения продуктов обмена из клетки во внешнюю среду. Обмен веществ – основной признак жизни.

2. Функции клеточного обмена веществ: 1) обеспечение клетки строительным материалом, необходимым для образования клеточных структур; 2) снабжение клетки энергией, которая используется на процессы жизнедеятельности (синтез веществ, их транспорт и др.).

3. Энергетический обмен – окисление органических веществ (углеводов, жиров, белков) и синтез богатых энергией молекул АТФ за счет освобождаемой энергии.

4. Пластический обмен – синтез молекул белков из аминокислот, полисахаридов из моносахаридов, жиров из глицерина и жирных кислот, нуклеиновых кислот из нуклеотидов, использование на эти реакции энергии, освобождаемой в процессе энергетического обмена.

5. Ферментативный характер реакций обмена. Ферменты – биологические катализаторы, ускоряющие реакции обмена в клетке. Ферменты – в основном белки, у некоторых из них есть небелковая часть (например, витамины). Молекулы ферментов значительно превышают размеры молекул вещества, на которые они действуют. Активный центр фермента, его соответствие структуре молекулы вещества, на которое он действует.

6. Разнообразие ферментов, их локализация в определенном порядке на мембранах клетки и в цитоплазме. Подобная локализация обеспечивает последовательность реакций.

7. Высокая активность и специфичность действия ферментов: ускорение в сотни и тысячи раз каждым ферментом одной или группы сходных реакций. Условия действия ферментов: определенная температура, реакция среды (рН), концентрация солей. Изменение условий среды, например рН, – причина нарушения структуры фермента, снижения его активности, прекращения действия.