12.4. Клетка как элементарная частица молекулярной биологии

Onnis cellula ex cellula.

(Каждая клетка из клетки.)

Вирхов

Все живое состоит из клеток. Поэтому, чтобы ответить на кардинальный вопрос: «Что такое жизнь?», надо понять, в том числе, как работает живая клетка, из чего она состоит и как уст­роены отдельные ее элементы. Конечно, в нашем курсе это бу­дет беглое знакомство в рамках представлений концепции совре­менного естествознания. (Более глубокие и подробные сведения можно получить из учебников по биологии и книг, рекомендо­ванных в конце учебника.)

Надежно установлено, что все живое состоит из клеток как дискретных единиц, подобно тому как неживое вещество — из дискретных атомов и молекул и развивается из клеток, которые можно считать мельчайшими единицами живой природы. Прав­да, жизнь может существовать и во внеклеточной форме — в ви­де вирусов. Вирусы — это совокупность макромолекул размером 20—300 нм, они состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, называемой капсидом. Вирусы видеоспецифичны, размножаются только в живых клетках-«хозяевах», значительно меньше самых мелких клеток и не способны к самовоспроизве­дению. Поэтому именно клетка является структурной и функци­ональной единицей любого живого организма. Каждая клетка является микроносителем жизни, поскольку в ней заключена та­кая генетическая информация, которая достаточна для воспро­изведения всего организма, причем этот носитель жизни «подчинил свою собственную свободу деятельности организма в це­лом». Элементарные явления на этом уровне организации биоло­гических структур обусловлены процессами обмена веществ. Благодаря деятельности клеток поступающие из окружающей среды вещества превращаются в субстраты, энергию и информа­цию, которые усваиваются в процессе биосинтеза белков в соот­ветствии с генной программой ДНК.

На клеточном уровне сочетаются процессы передачи и пере­работки информации и превращения веществ и энергии, поэто­му элементарные явления на клеточном уровне создают энерге­тическую и вещественную основу жизни на других уровнях. Целевой функцией клетки является сохранение ее под воздейст­вием внешней среды, ее устойчивость как «единицы жизни», стремление поддержать стабильность протекающих в ней про­цессов. В настоящее время на Земле насчитывается свыше четы­рех миллионов видов клеточных организмов. Средний размер животной соматической клетки 10—20 мкм в диаметре, расти­тельной — 30—50 мкм, масса клетки около — Ю^-8—Ю^-9 г. Количество клеток у примитивных беспозвоночных достигает 10²— 10⁴, у высокоорганизованных животных —. до 10¹⁵—10¹⁷.

На протяжении всей жизни идет непрерывная замена старых клеточных структур на вновь образующиеся. Минимальный срок жизнедеятельности клеток человека — один-два дня. Ежедневно погибает до 70 млрд клеток кишечного эпителия и 2 млрд эрит­роцитов. Клетки крови полностью заменяются через четыре ме­сяца. Мы знаем почти поговорку. «Берегите нервы — нервные клетки (нейроны) не восстанавливаются». Да, они не размножа­ются, но на протяжении всей жизни непрерывно перестраивают­ся. И этот процесс можно сравнить на бытовом уровне с нашей жизнью в течение долгого времени в одном доме, но мы много­кратно изменяем в нем обстановку.

Клетке присущи все признаки живого: обмен веществ и энер­гии, реагирование на внешнюю среду (саморегуляция), рост, размножение путем деления (самовоспроизведение), передача наследственных признаков, способность двигаться и в целом са­моорганизация. Клетка обладает как бы полнотой свойств жиз­ни, что позволяет ей как самостоятельной единице живого су­ществовать и отдельно: изолированные клетки многоклеточных организмов могут жить и размножаться в питательной среде. Могут быть простейшие одноклеточные организмы (бактерии, некоторые водоросли и грибы) и многоклеточные (большинство животных и растений). Клетки всех живых организмов имеют похожий химический состав и сходное строение. Известно, что нет никаких особых атомов, характерных для живого.

Многоклеточные организмы содержат до несколько тысяч кле­ток и являются организованными совокупностями клеток, различ­ных по форме, структуре и функциям, т.е. дифференцированными и дискретными системами. Однако организация клеток в организ­ме построена по единому структурному признаку.