Клетка

в сотни миллионов раз;

3. Опорно-двигательная  функция - белки, входящие в состав

костей скелета, сухожилий; движение жгутиковых, инфузорий, сокращение мышц;

4. Транспортная  функция - гемоглобин крови;

5. Защитная - антитела крови обезвреживают  чужеродные

вещества;

6. Энергетическая  функция - при расщеплении белков 1 г

освобождает 17,6 кДж энергии;

7. Регуляторная  и гормональная - белки входят  в состав

многих гормонов и принимают участие в регуляции жизненных процессов

организма;

8. Рецепторная - белки осуществляют процесс

избирательного узнавания отдельных веществ и их присоединение к молекулам.

Ферменты - белки и биополимеры. Синтезируются в рибосомах. Бывают двух типов:

однокомпонентные (состоят только из белка) и двухкомпонентные (из белка и

небелкового компонента неорганического [металла] и органического [витамина]).

Почти каждая химическая реакция в клетке катализируется особым ферментом.

Обязательным этапом в катализируемой реакции является взаимодействие фермента

с веществом, превращение которого он катализирует - с субстратом. Образуется

фермент - субстратный комплекс. Активный центр - это участок белковой

молекулы, который обеспечивает соединение фермента с субстратом и дает

возможность для дальнейших превращений субстрата (это или функциональная

группа, или отдельная аминокислота). Фермент ориентирует функциональные

группы, входящие в активный центр, чтобы проявилась наибольшая каталитическая

активность. Ферменты участвуют в синтезе белка, ДНК и РНК. Они содержатся в

слюне, в желудочном соке, в каждой клетке.

Липиды - нерастворимые в воде жиры и жироподобные вещества, состоящие из

глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Жиры - сложные эфиры

трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Животные жиры

содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. У растений - в семенах,

плодах. Кроме жиров в клетках присутствуют и их производные - стероиды

(холестерин, гормоны и жирорастворимые витамины  А, D, К, Е, F).

Липиды являются:

1. Структурными  элементами мембран клеток и  клеточных органелл;

2. Энергетическим  материалом (1г жира, окисляясь, выделяет 39 кДж энергии);

3. Запасными  веществами;

4. Выполняют  защитную функцию (у морских и  полярных животных);

5. Влияют  на функционирование нервной  системы;

6. Источник  воды для организма (1кг, окисляясь, дает 1,1кг воды).

Нуклеиновые кислоты. Название "нуклеиновые кислоты" происходит от латинского

слова "нуклеус", т. е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах.

Биологическое значение нуклеиновых кислот очень велико. Они играют

центральную роль в хранении и передаче наследственных свойств клетки, поэтому

их часто называют веществами наследственности. Нуклеиновые кислоты

обеспечивают в клетке синтез белков, точно таких же, как в материнской клетке

и передачу наследственной информации. Существует два вида нуклеиновых кислот

- дезоксирибонуклеиновая  кислота (ДНК) и рибонуклеиновая  кислота (РНК).

Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. ДНК - полимер,

мономерами которого являются нуклеотиды. Нуклеотиды - соединения, состоящие

из молекулы фосфорной кислоты, углевода дезоксирибозы и азотистого основания.

У ДНК четыре типа азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц),

тимин (Т). Каждая цепь ДНК - полинуклеотид, состоящий из нескольких десятков

тысяч нуклеотидов. Удвоение ДНК - редупликация - обеспечивает передачу

наследственной информации от материнской клетки к дочерним.

РНК - полимер, по структуре сходный с одной цепочкой ДНК, но меньших

размеров. Мономеры РНК - нуклеотиды, состоящие из фосфорной кислоты, углевода

рибозы и азотистого основания. Вместо тимина в РНК присутствует урацил.

Известны три вида РНК: информационная (и-РНК) - передает информацию о

структуре белка с молекулы ДНК; транспортная (т-РНК) - транспортирует

аминокислоты к месту синтеза белка; рибосомная (р-РНК) - содержится в

рибосомах, участвует в поддержании структуры рибосомы.

АТФ. Очень важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к

которому присоединены два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют

аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). АТФ - универсальный биологический

аккумулятор энергии: световая энергия солнца и энергия, заключенная в

потребляемой пище, запасается в молекулах АТФ. АТФ - неустойчивая структура,

при переходе АТФ в АДФ (аденозиндифосфат) выделяется 40 кДж энергии. АТФ

образуется в митохондриях клеток животных и при фотосинтезе в хлоропластах

растений. Энергия АТФ используется для совершения химической (синтез белков,

жиров, углеводов, нуклеиновых кислот), механической (движение, работа мышц)

работ, трансформации в электрическую или световую (разряды электрических

скатов, угрей, свечение насекомых) энергии.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ

Все организмы (кроме бактерий, сине-зеленых водорослей, вирусов и фагов) от

одноклеточных зеленых водорослей и простейших до высших цветковых растений и

млекопитающих имеют сложно устроенные клетки, которые называют ядерными

(эукариотическими).

Основные признаки эукариот:

1. Клетка разделена на цитоплазму и ядро;

2. Большая часть ДНК сосредоточена в ядре. Именно ядерная

ДНК отвечает за большую часть процессов жизнедеятельности клетки и за передачу

наследственности дочерним клеткам;

3. Ядерная ДНК расчленена на несколько нитей, не замкнутых в кольцо;

4. Эти нити линейно вытянуты внутри хромосом, отчетливо

видных в процессе митоза;

5. Всегда есть митохондрии (у зеленых растений есть еще и пластиды);

6. Есть митоз;

7. Свойственен половой процесс;

8. Перекомбинация наследственного материала

обеспечивается мейозом и половым процессом;

9. Образуются гаметы;

10. Есть настоящие жгутики;

11. Характерны пищеварительные вакуоли;

12. Не способны к фиксации свободного азота.

Эукариоты делятся на три царства: растений, грибов, животных.

Еще в начале XX в. русские ботаники А. С. Фаминцин и К. С. Мережковский

выдвинули гипотезу о том, что клетка зеленых растений (эукариот) получила

пластиды в результате симбиоза бесхлорофилльной клетки с клетками сине-

зеленых. Эта гипотеза симбиогенетического происхождения клетки эукариот вновь

привлекла внимание в середине XXв. Помимо ядерной ДНК небольшое ее количество

обнаружено в митохондриях, пластидах, центриолях, в основании жгутиков.

Электронно-микроскопическое сравнение строения жгутиков и центриолей говорит

о несомненности их родства. В основе этих органелл всегда находится

одиннадцать трубочек, девять из которых расположены по окружности и две лежат

в центре. Установлено, что внеядерная ДНК жгутиков и центриолей способна

самостоятельно редуплицироваться. Оказалось, что ДНК митохондрий, пластид,

по-видимому, и жгутиков, а также центриолей имеет нитчатую структуру,

связанную в кольцо, как у типичных прокариот. Все эти факты позволили в конце

60-х годов  вновь вернуться к гипотезе  симбиогенетического происхождения

клетки эукариот.

Названную гипотезу разработала американская исследовательница Л. Маргулис.

Согласно этой гипотезе первичная клетка крупной прокариотической бактерии,

вступив в симбиоз с клетками сине-зеленых, приобрела пластиды. Симбиоз с

гетеротрофными прокариотическими клетками привел к их преобразованию в

митохондрии. Симбиоз со спирохетоподобными бактериями мог привести к

возникновению жгутиков и т. д. Биохимические, генетические, электронно-

микроскопические данные последних лет делают гипотезу Л. Маргулис все более

обоснованной. В любом случае, двойственная природа ДНК ядра и ДНК

цитоплазматических органелл и удивительное сходство последней с ДНК прокариот

свидетельствует о том, что симбиоз сыграл выдающуюся роль в возникновении

клетки эукариот.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЕТКИ

Современная цитология располагает многочисленными и разнообразными методами

исследования, без которых было бы невозможно накопление и совершенствование

знаний о строении и функциях клеток.

Световая микроскопия

Современный световой микроскоп представляет собой весьма современный прибор,

который до сих пор имеет первостепенное значение в изучении клеток и их

органоидов. С помощью светового микроскопа достигается увеличение в 2000 –

2500 раз. Увеличение  микроскопа зависит от его  разрешающей способности, т. е.

наименьшего расстояния между двумя точками, которые видны раздельно. В

настоящее время создано много разнообразных моделей световых микроскопов. Они

обеспечивают возможность многостороннего исследования клеточных структур и их

функций.

Электронная микроскопия

С изобретением электронного микроскопа в 1933 году началась новая эпоха в

изучении строения клетки.

С помощью современного электронного микроскопа удалось рассмотреть много

новых важных органоидов клетки, которые при изучении в световом микроскопе

казались просто бесструктурными участками.

Основное отличие электронного микроскопа от светового в том, что в нем вместо

света используется быстрый поток электронов, а стеклянные линзы заменены

электромагнитными полями. Источником электронов, т. е. катодом, служит

вольфрамовая нить, нагреваемая электрическим током до раскаленного состояния.

Пучок электронов, вылетающих из раскаленной вольфрамовой нити, направляется к

аноду. Движение электронов от катода к аноду осуществляется под ускоряющим

воздействием разности потенциалов. В центре анода имеется небольшое

отверстие. Сквозь него проходят электроны, и пучок их фокусируется магнитной

катушкой, играющей роль линзы, которая направляет его на объект. Когда пучок

электронов уже прошел через объект, изображение его увеличивается с помощью

второй магнитной катушки, которая действует как линза объектива; затем пучок

электронов проходит через третью магнитную катушку, действующую в качестве

окуляра или проекционной линзы и увеличивающую уже полученное изображение

объекта.

Для электронномикроскопического исследования пригодны только препараты

фиксированных клеток, подвергнутых очень сложной предварительной обработке.

Живые клетки с помощью электронного микроскопа пока еще не исследуются.

Причина этого заключается в том, что свободное движение электронов в

микроскопе достигается только в достаточно высоком вакууме, а живые клетки,

содержащие значительное количество воды, сильно повреждаются при помещении их

в вакуум. Кроме того, живые клетки повреждаются и при облучении интенсивным

потоком электронов.

Электронный микроскоп особенно широко стал применяться для биологических

исследований в последние 10 – 15 лет и неизмеримо расширил возможности

изучения тончайших деталей строения клетки.

Методы исследования живых клеток

Микроскопическое исследование живых клеток и тканей широко применяется в

цитологии для самых различных целей, например для изучения изменений,

происходящих в клетках при разнообразных внешних воздействиях, для выяснения

закономерностей обмена веществ в клетках, для изучения клеточных структур,

токов цитоплазмы, клеточной проницаемости и т. д.

Приготовление препаратов живых клеток. Наблюдения над живыми клетками

требуют, прежде всего, приготовления специальных препаратов. Мелкие организмы,

такие, как одноклеточные водоросли, простейшие, бактерии и др. переносятся

вместе с каплей среды, в которой они культивируются, на предметное стекло.

Препарат накрывается покровным стеклом, и его можно исследовать под

микроскопом. Живые клетки из тканей многоклеточных организмов исследовать

труднее, так как для приготовления препаратов эти клетки нужно отделить от

ткани, что связано с нанесением им каких-то повреждений. Выделение клеток, а

также наблюдения над ними необходимо производить в средах, пригодных для более

или менее продолжительного переживания их и разных для различных организмов.

Так, клетки растений обычно исследуются в воде, а клетки разнообразных

холоднокровных и теплокровных животных – в физиологическом растворе.

Методы прижизненной окраски

Прижизненные красители – это органические соединения ароматического ряда,

обладающие относительно небольшой токсичностью для живых клеток. Различаются

основные и кислые красители. Проникая в клетку, они соединяются главным

образом с белками, и вначале вся цитоплазма приобретает диффузную окраску,

после чего некоторые красители откладываются в цитоплазме в виде гранул.

Окраска живых клеток дает возможность выявлять изменения, происходящие в

клетках и тканях при разных внешних воздействиях. В последнем случае

чрезвычайно важно то, что количество красителя, поглощенного неповрежденными

или поврежденными путем какого-либо воздействия клетками, можно точно

определить и выразить количественно. Разница в количестве красителя,

поглощенного неповрежденными и поврежденными клетками, свидетельствует о

характере и степени изменений, возникающих под влиянием различных внешних

воздействий.

Методы микрургии (микрохирургия)

Экспериментальные методы, и в первую очередь разнообразные операции на

клетках (микрооперации), стали применяться цитологами уже во второй половине

прошлого столетия. Первые микрооперации проводились на сравнительно крупных