сократительных белков и фермента, расщепляющего макроэргические соединения с высвобождением энергии.
Особенностью потока энергии растительной клетки служит фотосинтез механизм преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ.
Механизмы энергообеспечения клетки высокоэффективны. Коэффициенты полезного действия хлоропласта достигают 25%, а митохондрии — 45— 60%, существенно превосходя аналогичный показатель паровой машины (8%) или двигателя внутреннего сгорания (17%).
Поток вещества. Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекул. Ими служат многие продукты расщепления пищевых веществ, Особая роль в этом принадлежит центральному звену дыхательного обмена — циклу Кребса, осуществляемому в митохондриях. Через этот цикл проходит путь углеродных атомов (углеродных скелетов) большинства соединений, служащих промежуточными продуктами синтеза химических компонентов клетки, а также переключение метаболизма клетки с одного преобладающего пути на другой, например, с углеводного на жировой. Таким образом, дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего метаболические пути расщепления и синтеза углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот.
(5) Клеточный цикл. В результате проц.о.в.и эн.кл.все время изменяется, происходит ее онтогенез, получивший название жизненного цикла клетки. В ряде случаев он приводит к размножению клеток и передаче потока информации в среде клеточных генераций. С размножением клеток, или пролиферацией, связаны рост и обновление многих структур в многоклеточном организме. Как в многоклеточном организме, так и у одноклеточных существ клетки размножаются путем деления. При размножении клеток осуществляются механизмы, лежащие в основе наследования свойств и передачи потока информации также на организменном уровне.
Клеточный цикл - это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл.
Митотический цикл. Молодые клетки, образовавшиеся после деления, не могут §емедленно приступить к новому клеточному делений. В них предварительно должны произойти важные процессы: увеличение объема, восстановление структурных
компонентов ядра и цитоплазмы, связанных с синтезом белка и нуклеиновых кислот.
Совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток новой генерации, называется митотическим циклом. Различают четыре периода этого цикла: пресинтетический (или постмитотический), синтетический, постсинтетический (или премитотический) и митоз.
Пресинтетический период (Gt следует непосредственно за делением. В это время синтез ДНК еще не происходит, но накапливаются РНК и белок, необходимые для образования клеточных структур. Это наиболее длительная фаза; в готовящихся к делению клетках она продолжается от 10 ч до нескольких суток.
Второй период — синтетический (S) характеризуется синтезом ДНК и редупликацией хромосомных структур, поэтому к концу его содержание ДНК удваивается. Происходит также синтез РНК и белка. Продолжительность этой фазы 6—10 ч.
В следующий, постсинтетический период (G2), ДНК уже не синтезируется, но происходит накопление энергии и продолжается синтез РНК и белков, преимущественно ядерных. Эта фаза длится 3—4 ч. Наконец, наступает деление ядра клетки — митоз (гр. rnitos -— нить), или кариокинез (гр. karyon — ядро, kinesis—движение). Термины «митоз» и «кариокинез»— синонимы.
Если количество ДНК в гаплоидном наборе хромосом (и) обозначить как С, то после деления клетки диплоидный набор хромосом (2п) содержит 1С ДНК. В пресинтетический период (G) неизменным сохраняется то же количество ДНК, но в синтетиеский период (S) количество ДНК удваивается, и тогда, когда клетка переходит к постсинтетияеекому периоду (G2), диплоидный набор хромосом (2п) содержит уже 4С ДНК. В это время каждая из хромосом редуплицирована и состоит из двух нитей (хроматид). Постсинтетический период и период митоза характеризуются сохранением того же набора хромосом (2п) и того же количества ДНК (4С). В результате митоза каждая дочерняя клетка содержит 2п хромосом и 2С ДКК.
Три периода митотического цикла (G/, S, G2)> во время которых происходит подготовка клетки к делению, объединяются под названием интерфазы. В ряде случаев клетки, образовавшиеся в результате деления, могут начать подготовку к следующему делению. Так происходит в эмбриональных и других быстро размножающихся тканях. При этом митотический цикл клетки совпадает со всем периодом ее существования, .т. е. жизненным циклом клетки. Если же клетки приобретают специализацк.о, начинают дифференцироваться, то пресинтетический период удлиняется. Для клеток каждого типа тканей
периода G|. В высокоспециализированных клетках, таких, как нервные, период G1 продолжается в течение всей жизни организма. Другими словами, они все время находятся в пресинтетическом периоде и никогда не делятся. Однако некоторые дифференцированные клетки (эпителиальная, соединительнотканная) при определенных условиях из периода G/ переходят к следующим периодам митотического цикла. У таких клеток жизненный цикл продолжительнее митотического.
Деление клетки. Деление клетки включает два этапа: деление ядра —- митоз и деление цитоплазмы — цитокинез.
Митоз — сложное деление ядра клетки, биологическое значение которого заключается в точном идентичном распределении дочерних хромосом с содержащейся в них генетической информацией между ядрами дочерних клеток. А в результате этого деления ядра дочерних клеток имеют набор хромосом, по количеству и качеству идентичный таковому материнской клетки. Хромосомы — основной субстрат наследственности, они — та единственная структура, для которой доказана самостоятельная способность к редупликации. Все другие органоиды клетки, способные к редупликации, осуществляют ее под контролем ядра. В связи с этим важно сохранить постоянство числа хромосом и равномерно распределить их между дочерними клетками, что и достигается всем механизмом митоза. Такой способ деления в клетках растений был открыт в 1874 г. русским ботаником И. Д. Чистяковым (1843—1877), а в клетках животных — в 1878 г. русским гистологом П. И. Перемежко (1833—1894). Детальные исследования по делению клеток были выполнены несколько позже на растительных объектах Э. Страсбургером (1844— 1912) и на клетках животных — В. Флеммингом.
В процессе митоза последовательно протекает пять фаз: профаза, прометафаза,метафаза, анафаза и телофаза. Эти фазы, непосредственно следующие друг за другом, связаны незаметными переходами. Каждая предыдущая обусловливает переход к последующей.
В клетке, вступающей в деление, хромосомы приобретают вид клубка из множества тонких, слабо спирализо-ванных нитей. В это время каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Образование хроматид происходит по матричному принципу в S-период митотического цикла как следствие репликации ДНК.
В самом начале профазы, а иногда и до ее наступления центриоль делится на две, и они расходятся к полюсам ядра. Одновременно хромосомы претерпевают процесс скручивания (спирализации), вследствие чего значительно укорачиваются и утолщаются. Хроматиды несколько отходят друг от друга, оставаясь связанными лишь центромерами. Между хроматидами появляется щель. К концу профазы