Вопрос: Клеточные основы наследственности. Строение клетки. Клеточный цикл. Митоз. Мейоз

Основной структурной единицей строения живого является клетка (cellula). Клетки растений и животных прин­ципиально сходны между собой, все они возникают одинаково. Деятельность организма — сумма жизнедеятельности отдельных клеток.

В современной интерпретации клеточная теория включает сле­дующие главные положения:

1. клетка является универсальной еди­ницей живого;

2. клетки всех организмов имеют принципиально сходное строение;

3. клетки размножаются только путем деления исходной клетки;

4. многоклеточные организмы являются сложными клеточными ансамблями, образующими целостные системы.

Клетка — элементарная единица всего живого, поэтому ей присущи свойства живых организмов: высокоупорядоченное строение; способность получать энергию извне и использовать ее для выполнения работы и поддержания функций; обмен веществ; способность активно реагировать на раздражение; рост; развитие; размножение; способность к самовоспроизведению и передаче генетической информации потомкам; регенерация, адаптация к окружающей среде.

Размеры клеток человека варьируют от нескольких микромет­ров (малый лимфоцит) до 200 мкм (яйцеклетка). Клетки разнообразны по форме, строению, химическому составу и характеру обмена веществ. Все клетки гомологичны, т. е. имеют ряд общих структурных признаков, от которых зависит выполнение основных функций, присущих всем клеткам. Вместе с тем различные клетки имеют и специфические структуры. Это связано с выполнением ими специальных функций.

Клетки - это структурные и функциональные единицы живых организмов. Клетка, по существу, представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, т.е. способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве «сырья», и выводить наружу накапливающиеся «отходы». Таким путем, т.е., выполняя работу, эта система может сохранять стабильность. Роль барьера между данной химической системой и ее окружением играет плазматическая мембрана; она помогает регулировать обмен между внутренней и внешней средой и, таким образом, служит границей клетки.

В каждой клетке имеются цитоплазма и генетический материал в форме ДНК. ДНК регулирует жизнедеятельность клетки и воспроизводит самое себя, благодаря чему образуются новые клетки.

Термин «протоплазма» был предложен в XIX в. для обозначения живого содержимого клеток; в ту пору в протоплазме было трудно что-либо разглядеть и ее представляли как некую жидкость, в которой и происходят все жизненные процессы. Теперь - главным образом благодаря успехам электронной микроскопии - мы знаем, что в протоплазме существует «разделение труда» и что каждая из ее обособленных более мелких структур выполняет свою особую функцию. Такие четко очерченные структуры были названы органеллами, что в переводе означает «маленькие органы».

Первым среди органелл было открыто ядро, которое в 1831 г. описал Роберт Браун. Ядро имеется во всех эукариотических клетках. Это самая крупная и самая важная органелла, поскольку в ядре содержится ДНК и, следовательно, именно оно регулирует клеточную активность. Самые мелкие органеллы - рибосомы - присутствуют во всех клетках, как прокариотических, так и эукариотических.

Некоторые органеллы встречаются только в специализированных клетках. Таковы, например, хлоропласты, которые можно обнаружить только в клетках, обладающих способностью к фотосинтезу.

Ультраструктура обобщенной животной клетки, выявляемая при помощи электронного микроскопа.

Клеточные мембраны

Клеточные мембраны играют важную роль по ряду причин. Они отделяют клеточное содержимое от внешней среды, регулируют обмен между клеткой и средой и делят клетки на отсеки, или компартменты, предназначенные для тех или иных специализированных метаболических путей. Некоторые химические реакции, в частности световые реакции фотосинтеза в хлоропластах или окислительное фосфорилирование при дыхании в митохондриях, протекают на самих мембранах. Здесь же на мембранах располагаются и рецепторные участки для распознавания внешних стимулов (гормонов или других химических веществ), поступающих из окружающей среды или из другой части самого организма. Знакомство со всеми свойствами клеточных мембран необходимо для понимания того, как функционирует клетка.

С конца прошлого века известно, что клеточные мембраны ведут себя не так, как полупроницаемые мембраны, способные пропускать лишь воду и другие малые молекулы, например молекулы газов. Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс - одни вещества пропускают, а другие нет.

Ранние работы по проницаемости мембран показали, что органические растворители, например спирт, эфир или хлороформ, проникают сквозь мембраны даже быстрее, чем вода. Это свидетельствовало о том, что в мембранах есть какая-то неполярная часть; иными словами, что мембраны содержат липиды. Позже данное предположение удалось подтвердить химическим анализом. Выяснилось, что мембраны состоят почти целиком из белков и липидов. Липиды в мембранах представлены фосфолипидами, гликолипидами и стеролами.

У фосфолипидов (соединений, содержащих фосфатную группу) молекулы состоят из полярной головы и двух неполярных хвостов. Гликолипиды представляют собой продукт соединения липидов с углеводом. Подобно фосфолипидам, они состоят из полярной головы и неполярных хвостов. Стеролами называют спирты, относящиеся к классу стероидов. Наиболее распространен среди них холестерол. Его молекулы полностью неполярны, и в этом его отличие от фосфолипидов и гликолипидов.

В 1972 г. Сингер и Николсон (Singer, Nicolson) предложили жидкостно-мозаичную модель мембраны, согласно которой белковые молекулы плавают в жидком липидном бислое, образуя в нем как бы своеобразную мозаику.