Клітина елементарна генетична і структурно – функціональна одиниця багатоклітинних організмів. Будова і функції органел клітини

Організм людини складається з кілька сотень типів клітин, кожен із яких представлений трильйонами індивідуумів. Це нервові, м'язові клітини, клітини залоз, крові й інші; кожен тип має низку різних підтипів. Як зазначають назви, клітини певних типів групуються до органів чи зміни системи органів, виконують специфічні функції. Спосіб їх угруповання часто грає на вирішальній ролі в прояві функцій клітин. Наприклад,поперечнополосатие м'язові клітини схожі один на одного й у змозі до зменшення. Порядок їх об'єднання визначає різницю між сотнями різних м'язів у тілі людини. Типи зв'язку клітин досягають вершини складності у центральній нервову систему, що з десятків мільярдів клітин, кожна з яких пов'язані з десятками тисяч так само клітин. Такі зв'язку встановлюються між клітинами, котрі якимось чином виявляють і розпізнають одне одного, та був об'єднуються разом. Їх асоціації стабілізуються і підтримуються поручвнеклеточних структурних елементів, відповідальних переважно по формування певної характерною структури кожного типу тканини.

Наші найближчі родичі, інші ссавці, за будовою та молодіжні організації схожі на нас, мають таку ж типи клітин. Схожі клітинні типи є і в далеких видів звірів. Типові м'язові чи нервові клітини виявляються в риб, комах, молюсків, хробаків, та їх організація принаймні зниження рівня спрощується. Ще нижче, лише на рівні нижчих безхребетних, характер клітин сам собою починає змінюватися — від багатоклітинних організмів до колоніямполуавтономних клітин. На найнижчої щаблі цієї драбини перебувають повністю незалежні найпростіші, наприклад амеби, які з однієї клітини.

Рослини також складаються із різних типів клітин, об'єднаних структурними елементами. Але рослин відрізняється від тварин. Їх структура переважно залежить відзапасания сонячної енергії, яка утилізується у спеціальних фабриках світловий енергії, зелених хлоропластах. Якщо цього видалити, то залишиться щось, нагадує тваринну клітину. Як і в тварин, рослин існують різні рівні організації — від найскладніших квіткових рослин я дерев до найбільш просто влаштованих одноклітинних водоростей. В їхніхне-фотосинтезирующих родичів, грибів, також є ранги складності, спадні від вищих грибів до цвілі і дріжджів.

Всі ці клітини, складові тварина й рослинне царства, побудовано за одним загальному плану. Зокрема, їх тіла мають у своєму складі об'ємнувентральную структуру певної форми, звану ядром, і розділені на численні чітко виражені відділеннямембранними перегородками. Такі клітини називаютьсяеукариотическими (грецьк.еu — добре, цілком іkaryon— ядро).

Поруч ізеукариотами існує проста форма живих клітин, званихпрокариотами тому, що йядpo має примітивну структуру. Допрокариотам ставляться бактерії. Їх розміри значно менше, ніж веукариотов, вони живуть окремими особами чи об'єднують у примітивні колонії і мають дуже просту внутрішньоклітинну організацію.

Проте, бактерії живуть колосальному числі видів звірів, вони примудрилися заселити найбільш негостинні ділянки довкілля, зокрема насичені парами водойми, у яких б'ють гарячі джерела, і насичену сіллю водувисихающих морів. Бактерії є всюди, виконують чимало дуже важливих функцій, внаслідок чого залишки мертвих організмів перетворюються на речовини, які знову входять у круговерть життя. Без бактерій життяеукариотов невдовзі б завмерла. Утім, деякі бактеріїболезнетворни — вони можуть впроваджуватися у вищі організми і викликати захворювання.

Клітина є відокремлену, найменшу за величиною структуру, якої властива вся сукупність зазначених властивостей життя і який може у підхожих умовах довкілля підтримувати ці якості у самій собі, і навіть передавати в ряду поколінь. Клітина, в такий спосіб, несе повну характеристику життя. Поза клітини немає справжньої життєдіяльності. Тож у природі планети їй належить роль елементарної структурної, функціональної та генетичної одиниці.

Це означає, що клітина лежить в основі будівлі, життєдіяльності та розвитку всіх живих форм — одноклітинних, багатоклітинних і навітьнеклеточних. Завдяки закладених у ній механізмам клітина забезпечує обмін речовин, використання біологічної інформації, розмноження, властивості спадкоємності та мінливості, зумовлюючи цим властивіорганическому світу якості єдності і розмаїття.

Обіймаючи у світі живих істот становище елементарної одиниці, клітина відрізняється складним будовою. У цьому певні риси виявляються переважають у всіх без винятку клітинах, характеризуючи найважливіші боку клітинної організації як такої.

Клітини багатоклітинних організмів, як тварин, і рослинних, відокремлені від своєї оточення оболонкою. Клітинна оболонка, чиплазмалемма, тварин клітин освічена мембраною, покритою зовні шаромгликокаликса завтовшки 10—20 нм. Основними складовимигликокаликса служать комплекси полісахаридів з білками (>гликопротеини) і жирами (>гликолипиди). Зсередини до мембрани примикає кортикальний (кортикальний) шар цитоплазми завтовшки 0,1—0,5мкм, у якому невідомі рибосоми і бульбашки, але у значну кількість перебуваютьмикротрубочки імикрофиламенти, які мають у собісократимие білки.

>Плазмалемма виконуєотграничивающую,барьерную, транспортну і рецепторну функції. Завдяки властивості виборчої проникності вона регулює хімічний склад внутрішнього середовища клітини. Уплазмалемме розміщені молекули рецепторів, які вибірково розпізнають певні біологічні активні речовини (гормони). У утриманні (>заякоривании) цих речовин на клітинної поверхні беруть участь білкикортикального шару. Наявність у оболонці рецепторів дає клітинам можливість сприймати сигнали ззовні, щоб доцільно реагувати зміни у навколишній середовищі чи стан організму. У пластах і шарах сусідні клітини утримуються наявністю різного виду контактів, представлені ділянкамиплазмалемми, мають особливе будова.

У клітині виділяють ядро і цитоплазму. Клітинне ядро складається з оболонки, ядерного соку, ядерця іхроматина. Функціональна роль ядерної оболонки залежить від відокремленні генетичного матеріалу (хромосом)еукариотической клітини від цитоплазми з властивою їй численними метаболічними реакціями, і навіть регуляції двосторонніх взаємодій ядра і цитоплазми. Ядерна оболонка і двох мембран, розділенихоколоядерним (>перинуклеарним) простором. Останнє може повідомлятися зканальцамицитоплазматической мережі.

Ядерна оболонка пронизана порами діаметром 80—90 нм. Область пори чипоровий комплекс з діаметром близько 120 нм має певний будова, що на складний механізм регуляціїядерно-цитоплазматических переміщень речовин і структур. Кількість пір залежить від функціонального стану клітини. Що синтетична активність у клітині, тим їх число.

У сферіпорового комплексу починається так звана щільна платівка- білковий шар,подстилающий протягом усього внутрішню мембрану ядерної оболонки. Ця структура виконує передусім опорну функцію, бо за її наявності форма ядра зберігається навіть тоді руйнації обох мембран ядерної оболонки. Припускають також, що закономірна зв'язку з речовиною щільною платівки сприяє упорядкованому розташуванню хромосом винтерфазном ядрі.

Основу ядерного соку, чи матриксу, становлять білки. Ядерний сік утворює внутрішнє середовище ядра, у зв'язку з що вона відіграє у забезпеченні нормально функціонувати генетичного матеріалу. У складі ядерного соку присутні нитчасті, чифибриллярние, білки, із якими пов'язано виконання опорною функції: вматриксе перебувають і первинні продукти транскрипції генетичної інформації -гетероядерние РНК (>гя-РНК), які і піддаютьсяпроцессингу, перетворюючись нам-РНК.

>Ядришко є структуру, у якій відбувається освіту й дозріваннярибосомалъних РНК (>рРНК). ГенирРНК займають певні ділянки (залежно від виду тваринного) одній або кількох хромосом (в людини 13-15 і 21-22 пари)-ядришковие організатори, у сфері яких і було утворюються ядерця. Такі ділянки вметафазних хромосомах виглядають як звуження і називаються вторинними перетяжками. З допомогою електронного мікроскопа вядришке виявляютьнитчатий і зернистий компоненти.Нитчатий (>фибриллярний) компонент представлений комплексами білка і гігантських молекулРНК-предшественниц, із яких потім утворюються менші молекули зрілихрРНК. У процесі дозрівання фібрили перетворюються нарибонуклеопротеиновие зерна (гранули), якими представлений зернистий компонент.

>Хроматиновие структури якглибок, розсіяних внуклеоплазме, єинтерфазной формою існування хромосом клітини.

У цитоплазмі розрізняють основне речовина (>матрикс,гиалоплазма), включення і органели. Основне речовина цитоплазми заповнює простір міжплазмалеммой, ядерної оболонкою та іншівнутриклеточними структурами. Звичайний електронний мікроскоп не виявляє у ньому будь-якої внутрішньої організації.Белковий складгиалоплазми різноманітний. Найважливіші з білків представлені ферментамигликолиза, обміну Сахаров, азотистих підстав, амінокислот і ліпідів. Ряд білківгиалоплазми служитьсубъединицами, у тому числі відбувається складання як-отмикротрубочки.

Основне речовина цитоплазми утворює справжню внутрішнє середовище клітини, що об'єднує все внутрішньоклітинні структури та забезпечує взаємодія їх одне з одним. Виконанняматриксом об'єднуючою, і навіть каркасної функції може пов'язуватися звиявляемой з допомогою надпотужного електронного мікроскопамикротрабекулярной мережі, освіченою тонкимифибриллами завтовшки 2-3 нм і пронизує всю цитоплазму.

>Включениями називають щодо мінливі компоненти цитоплазми, які є запасними поживою (жир, глікоген), продуктами, підлягають виведення з клітини (гранули секрету),балластними речовинами (деякі пігменти).

>Органелли - це постійні структури цитоплазми, виконують у клітині життєво важливі функції.

Вирізняють органели загального значення й спеціальні. До них відносять, наприклад,микроворсинки усмоктувальної поверхні епітеліальної клітини кишечника,реснички епітелію трахеї і бронхів, синаптичні бульбашки, транспортують речовини - переносники нервового порушення з одного нервової клітини в іншу чи клітину робочого органу,миофибрилли, від яких скорочення м'язи.

Доорганеллам загального значення відносять елементиканальцевой івакуолярной системи як шорсткуватій та гладенькоюцитоплазматической мережі, табличний комплекс, мітохондрії, рибосоми іполисоми,лизосоми,пероксисоми,микрофибрилли імикротрубочки,центриоли клітинного центру. У рослинних клітинах виділяють також хлоропласти, у яких відбувається фотосинтез.

>Канальцевая івакуолярная системи утворені які сполучаються чи окремими трубчастими чи сплощені (цистерна) порожнинами, обмеженими мембранами іраспространяющимися у всій цитоплазмі клітини. Нерідко цистерни маютьпузиревидние розширення. У названої системі виділяють жорсткувату і гладкуцитоплазматическую мережі. Особливість будівлі шорсткуватій мережі полягає уприкреплении до її мембран полісом. Через це вона виконує функцію синтезу певної категорії білків, переважноудаляемих з клітки, наприкладсекретируемих клітинами залоз. У сфері шорсткуватої мережі відбувається освіту білків і ліпідівцитоплазматических мембран, і навіть їх складання. Щільно упаковані в шарувату структуру цистерни шорсткуватої мережі є ділянками найактивнішого білкового синтезу і називаютьсяергастоплазмой.

Мембрани гладкоюцитоплазматической мережі позбавлені полісом. Функціонально ця мережа пов'язані з обміном вуглеводів, жирів та інших речовиннебелковой природи, наприкладстероидних гормонів (в статевих кайданах,корковом шарі надниркових залоз). По канальцям і цистернам відбувається переміщення речовин, зокремасекретируемого залозистою клітиною матеріалу, від місця синтезу до зони упаковки в гранули. У ділянках печінкових клітин, багатих структурами гладкою мережі, руйнуються і знешкоджуються шкідливі токсичні речовини, деякі ліки (>барбитурати). У пухирцях іканальцах гладкою мережіпоперечно-полосатой мускулатури зберігаються (депонуються) іони кальцію, які відіграють значної ролі у процесі скорочення.

>Рибосома - це округларибонуклеопротеиновая частка діаметром 20—30 нм. Воно складається з малої і великий субодиниць, об'єднання яких у присутності матричної (інформаційної) РНК (>мРНК). Одна молекуламРНК зазвичай об'єднує кілька рибосом на кшталт нитки бус. Таку структуру називаютьполисомой.Полисоми вільно вміщено у основному речовині цитоплазми чи прикріплено до мембран шорсткуватійцитоплазматической мережі. У обох випадках вони служать місцем активного синтезу білка. Порівняння співвідношення кількості вільних і прикріплених до мембран полісом в ембріональних недиференційованих і пухлинних клітинах, з одного боку, й у спеціалізованих клітинах дорослогоорганизма—с інший, призвело до висновку, що уполисомахгиалоплазми утворюються білки для потреб (для «домашнього» користування) даної клітини, тоді як уполисомахгранулярной мережі синтезуються білки, виведені з клітки і використовувані потреби організму (наприклад, травні ферменти, білки грудного молока).

>Пластинчатий комплексГольджи освічений сукупністюдиктиосом числом і від кількох десятків (зазвичай близько 20) за кілька сотень і навіть тисяч на клітину.

>Диктиосома представлена чаркою з 3-12уплощеннихдискообразних цистерн, від країв якихотшнуровиваются бульбашки (>везикули). Обмежені певним ділянкою (локальні) розширення цистерн дають більші бульбашки (вакуолі). У диференційованих клітинах хребетних тварин і людинидиктиосоми зазвичай зібрані воколоядерной зоні цитоплазми. Упластинчатом комплексі утворюються секреторні бульбашки чи вакуолі, вміст яких становлять білки, й інші сполуки, підлягають виведення з клітини. У цьому попередник секретупросекрет), що надходить удиктиосому із зони синтезу, піддається у ній деяким хімічним перетворенням. Він також відокремлюється (>сегрегируется) як «порцій», які і вдягаються мембранної оболонкою. Упластинчатом комплексі утворюютьсялизосоми. Удиктиосомах синтезуються полісахариди, і навіть їх комплекси з білками (>гликопротеини) і жирами (>гликолипиди), які потім можна знайти угликокаликсе клітинної оболонки.

Мітохондрії - це структури округлої чипалочковидной, нерідковетвящейся форми завтовшки 0,5мкм і зазвичай до 5—10мкм.

>Оболочка мітохондрії і двох мембран, різняться за хімічним складом, набору ферментів і функцій. Внутрішня мембрана утворюєвпячиваниялистовидной (>кристи) чи трубчастої (>тубули) форми. Простір, обмежений внутрішньої мембраною, становитьматрикс органели.

Головна функція мітохондрії полягає уферментативном добуванні з певних хімічних речовин енергії (шляхом їх окислення) і накопиченні енергії в біологічно використовуваної формі (шляхом синтезу молекуладенозинтрифосфата — АТФ). У цей процес називаєтьсяокислительнимфосфорилированием. У енергетичної функції мітохондрії беруть активну участь компоненти матриксу й внутрішня соціальність мембрана. Саме з цим мембраною пов'язані ланцюг перенесення електронів (окислювання) іАТФ-синтетаза, що каталізує пов'язана з окисленнямфосфорилированиеАДФ в АТФ. Серед побічних функцій мітохондрії може бути що у синтезістероидних гормонів та деяких менших амінокислот (>глутаминовая).

>Лизосоми є бульбашки діаметром зазвичай 0,2—0,4мкм, які містять набір ферментів кислихгидролаз, які каталізують при низьких значеннях рНгидролитическое (в водної середовищі) розщеплення нуклеїнових кислот, білків, жирів, полісахаридів. Їх оболонка освічена одинарної мембраною, покритою іноді зовні волокнистим білковим шаром (наелектронограммах «облямовані» бульбашки). Функціялизосом-внутриклеточное перетравлювання різних хімічних сполук і структур.

Первиннимилизосомами (діаметр 100 нм) називають неактивні органели, вторинними - органели, у яких відбувається процес перетравлення. Побічнілизосоми утворюються з первинних. Вони поділяються нагетеролизосоми (>фаголизосоми) іаутолизосоми (>цитолизосоми). У перших перетравлюється матеріал, що надходить у клітину ззовні шляхомпиноцитоза і фагоцитозу, по-друге руйнуються власні структури клітини, які завершили своє завдання. Побічнілизосоми, у яких процес перетравлення завершено, називають залишковими тельцями (>телолизосоми). Вони відсутнігидролази міститься неперетравлений матеріал.

>Микротельца становлять збірну групу органел. Це обмежені однієї мембраною бульбашки діаметром 0,1 —1,5мкм змелкозернистимматриксом і частокристаллоидними чи аморфними білковими включеннями. До цій групі відносять, зокрема,пероксисоми. Вони містять ферментиоксидази,катализирующие освіту пероксиду водню, який, будучи токсичним, руйнується потім під впливом ферменту пероксидази. Ці реакції включені у

різні метаболічні цикли, наприклад, у обмін сечовий кислоти у клітинах печінці та нирок. У печінкової клітині числопероксисом сягає 70-100.

Доорганеллам загального значення відносять також існують деякі постійні структури цитоплазми, позбавлені мембран.Микротрубочки - трубчасті освіти різної довжини з зовнішнім діаметром 24 нм, шириною просвітку 15 нм і завтовшки стінки майже п'ять нм. Зустрічаються у вільному стані цитоплазмі клітин чи як структурні елементижгутиков,ресничек,митотического веретена,центриолей. Вільнімикротрубочки імикротрубочкиресничек,жгутиков іцентриолей мають різну опірність що руйнує впливам, наприклад хімічним (>колхицин).Микротрубочки будуються з стереотипних субодиниць білкової природи шляхом їх полімеризації. У живої клітині процеси полімеризації протікають разом з процесамидеполимеризации.Соотношением цих процесів визначається кількістьмикротрубочек. У вільному станімикротрубочки виконують опорну функцію, визначаючи форму клітин, і навіть є чинниками спрямованого переміщення внутрішньоклітинних компонентів.

>Микрофиламентами називають довгі, тонкі освіти, іноді що утворюють пучки і виявлені у всій цитоплазмі. Є кілька різних типівмикрофиламентов.Актиновиемикрофиламенти завдяки присутності у якихсократимих білків (>актин) розглядають як структур, які забезпечують клітинні форми руху, наприкладамебоидние. Їм приписують такожкаркасную роль й у організації внутрішньоклітинних переміщень органел і земельних ділянокгиалоплазми.

По периферії клітин підплазмалеммой, соціальній таоколоядерной зоні виявляються пучкимикрофиламентов завтовшки 10 нм - проміжніфиламенти. У епітеліальних, нервових,глиальних, м'язових клітинах,фибробластах побудовані із різних білків. Проміжніфиламенти виконують, очевидно, механічну,каркасную функцію.

>Актиновиемикрофибрилли і проміжніфиламенти, як імикротрубочки, побудовано з субодиниць. Через це їх кількість залежить від співвідношення процесів полімеризації ідеполимеризации.

Для тварин клітин, частини клітин рослин, грибів і водоростей характерний клітинний центр, до складу якої входятьцентриоли. Її стінка освічена 27микротрубочками, згрупованими о 9-йтриплетов. У функціюцентриолей входить освіту нитокмитотического веретена, які теж утворенімикротрубочками.Центриоли поляризують процес розподілу клітини, забезпечуючи розбіжність сестриниххроматид (хромосом) ванафазе мітозу.

генетика клітина онтогенез гібрид

Закони Р. Менделя

 

У межах своїх дослідах із схрещування Мендель застосовувавгибридологический метод. Використовуючи його, він вивчав успадкування щодо окремих ознаками, а чи не з усього комплексу, проводив точний кількісний облік наслідування кожного ознаки у низці поколінь, вивчав характер потомства кожного гібрида окремо.

Перший закон Менделя - закон однаковості гібридів першого покоління.

При схрещуваннігомозиготних особин, які відрізняються однієї парі альтернативних (взаємовиключних) ознак, все потомство у першому поколінні однаково як у фенотипу, як за генотипу.

Мендель проводивмоногибридное схрещування чистих ліній гороху, які відрізняються однієї парі альтернативних ознак, наприклад, за кольором горошин (жовті і зелені).

Як материнського рослини використовували горох з жовтими насінням (домінантний ознака), а батьківського - горох з зеленими насінням (>рецессивний ознака).

Через війнумейоза кожну рослину давало один сорт гамет. Примейозе з кожноїгомологичной пари хромосом в гамети відходило за однією хромосомі одним ізаллельних генів (А чи а).

Через війну запліднення парністьгомологичних хромосомах відновилася і утворилися гібриди. Усі рослини мали насіння лише жовтого кольору (по фенотипу) і булогетерозиготними по генотипу.

>Гибрид 1-го поколінняАа мав один ген - А від однієї батька, а другий ген - як від іншого батька і виявляв домінантний ознака, приховуючирецессивний.

По генотипу весь горохгетерозиготен.

Перше покоління однаково і виявило ознака котрогось із батьків.

Для записи схрещувань застосовують спеціальну таблиць запропоновану англійським генетикомПеннетом і звану гратамиПеннета. По горизонталі виписують гамети батьковій особини, за вертикаллю - материнської. У місцях перетинань - нерівні генотипи нащадків. У таблиці число клітин залежить від кількості типів гамет, утворенихскрещиваемими особами.

>РешеткойПеннета зручно користуватися при ді- іполигибридном схрещуванні.

Далі Мендель схрестив гібриди між собою. Другий закон Менделя - закон розщеплення гібридів.

При схрещуванні гібридів 1-го покоління між собою у другому поколінні з'являються особини і з домінантними, і зрецессивними ознаками, й відбувається розщеплення по генотипу відношенні 3:1 і 1:2:1 по генотипу.

Через війну схрещування гібридів між собою отримає» особини, і з домінантними ознаками, і зрецессивними.

Таке розщеплення можливо, за повному домінуванні.