Файл: Справочник (белкин).doc

Регуляция работы генов у эукариот гораздо сложнее. У них белки, необходимые для обеспечения какой-либо функции, могут быть закодированы в генах различных хромосом. Отметим, что у прокариот ДНК в клетке представлена одной-единственной молекулой. Кроме того, сами гены эукариот устроены сложнее: там имеются участки, с которых не считывается м-РНК, но они способны регулировать работу соседних участков ДНК. Наконец, в многоклеточном организме необходимо точно регулировать и координировать работу генов в клетках разных тканей. Эта координация осуществляется на уровне целого организма, главным образом, при помощи гормонов. Именно гормоны, связываясь с рецепторами, активируют или репрессируют те или иные гены.

43. Хиральностью называется асимметричность молекул живого организма, точнее – дисимметричность. В общем, это свойство объекта быть несовместимым со своим изображением в зеркале. Хиральность веществ биологического происхождения обнаружил ещё Л. Пастер, установивший, что эти вещества поворачивают плоскость поляризации света всегда в одну и ту же сторону. Такое свойство называется оптической активностью.

В живой природе все белки построены из левых оптических изомеров аминокислот. Существуют аминокислоты правого вращения, но они не участвуют в построении живых систем. Наоборот, сахара могут быть только правыми, благодаря чему они и способны вступать в реакцию, то есть усваиваться живыми организмами. Причиной этого являются направления, в которых закручиваются спиральные молекулы. Гипотетический организм, сконструированный из биополимеров обратной ориентации, не смог бы питаться и усваивать обычную земную пищу.

44. Органические вещества, способные убивать микробы, называются антибиотиками.

5.3. Клеточная теория

1. Клетка представляет собой элементарную живую систему, основу строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Снаружи клетка отгорожена мембраной, внутри которой находятся цитоплазма, ядро и другие органоиды, рис. 5.16.

2. Клеточная теория доказывает единство органического мира.

3. Положения современной клеточной теории:

–клетка является универсальной структурой и функциональной единицей живого;

– все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности;

– клетки образуются только при делении предшествующих клеток;

– клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована, поэтому организм представляет собой целостную систему.

4. Химический состав клеток разных организмов или различных клеток одного организма отличается, но элементный состав клеток аналогичен, что указывает на единство живой природы, рис. 5.17, 5.18 (табл. 5.4).

Таблица 5.4.

Важнейшие химические элементы клетки

5. Химические элементы могут находиться в клетке в виде катионов (K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺), анионов (Cl^–, HCO₃^–, H₂PO₄^–, SO₄^2–) или входить в состав молекул различных веществ. Важнейшим веществом в клетках является вода, содержащая растворённые газы (O₂, CO₂, N₂) и другие соединения. Соотношения неорганических и органических веществ в клетках различно (табл. 5.5).

Таблица 5.5.

Важнейшие вещества в клетке

6. Каждая клетка покрыта плазматической (цитоплазматической) мембраной толщиной 8–12 нм, состоящей из двух слоёв липидов. Каждая молекула липида образована гидрофильной головкой и гидрофобным хвостом. В биологических мембранах молекулы липидов располагаются головками наружу, а хвостами внутрь (друг к другу), рис. 5.19. Двойной слой липидов обеспечивает барьерную функцию мембраны, не давая содержимому клетки растекаться и препятствуя проникновению в клетку опасных для неё веществ. В липидный слой погружены многочисленные молекулы белков, которые расположены на обеих сторонах мембраны или пронизывают её насквозь. Эти белки выполняют ряд важных функций. Некоторые из них являются рецепторами, с помощью которых клетка воспринимает различные воздействия на свою поверхность. Другие – образуют каналы для транспортировки различных ионов в клетку и из неё. Третьи белки являются ферментами, обеспечивающими процессы жизнедеятельности в клетке.

Крупные пищевые частицы не могут попасть в клетку через поры мембраны, но они попадают туда путём фагоцитоза. В этом случае в месте контакта частицы с мембраной образуется углубление, которое постепенно увеличивается и затягивает частицу внутрь клетки. Так питаются амёбы и другие простейшие. У многоклеточных организмов к фагоцитозу способны немногие клетки, поглощающие бактерии или разнообразные твёрдые частицы, случайно попавшие в организм. Аналогично проникают в клетку и капли жидкости, этот явление называется пиноцитозом.

7. Важнейшим структурным элементом клетки является ядро – центр управления клеткой и хранилище информации о ней. Ядро имеет шарообразную форму диаметром от 2 до 100 мкм, оно отделено от цитоплазмы оболочкой, состоящей из двух мембран общей толщиной 30 нм. У животной клетки ядро расположено в её центре, а у растительных находится, как правило, на периферии.

Содержимое ядра называется кариоплазмой, в ней располагаются хроматин и ядрышки. Хроматин – это ДНК, связанная с белками. Перед делением клетки ДНК плотно скручиваются, образуя хромосомы. Хромосомы – это структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которых заключена наследственная информация организма. В растянутом виде длина хромосомы человека может достигать 5 см. Каждая хромосома образована одной молекулой ДНК.

Часть молекул ДНК участвует в синтезе рибосомной РНК, участки таких молекул образуют петли, которые сближаются и формируют так называемыеядрышки. В них происходит синтез частей рибосом, которые затем переходят через ядерные поры в цитоплазму и формируют целые рибосомы. В одной клетке может функционировать от одного до семи ядрышек.

Набор хромосом, содержащихся в клетках живого существа, называется кариотипом. В любом организме различаются две категории клеток: соматические и половые. Соматическими называются клетки, которые входят в состав всех тканей и органов, их ядра содержат двойной или диплоидный набор хромосом (у человека их 46). Половина хромосом соматических клеток достаётся от материнской яйцеклетки, вторая половина – от сперматозоида отца. Парные, то есть абсолютно одинаковые хромосомы (одна от матери, другая от отца) называются гомологичными хромосомами. Исключение составляют половые хромосомы. Например, у всех млекопитающих от матери достаётся X хромосома, а от отца – X или Y. Ядра половых клеток, иначе называемых гаметами, содержат одинарный или гаплоидный набор хромосом (у человека их 23).

8. Основное веществоцитоплазмы клетки называется гиалоплазмой – это густой коллоидный раствор на основе воды (70–90 %), содержащий белки, липиды и различные неорганические соединения. В гиалоплазме протекают все процессы обмена веществ, через неё осуществляется взаимодействие ядра и органоидов. В клетках эукариот имеется сложная опорная система, называемая цитоскелетом, который состоит из трёх элементов: микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов. Микротрубочки представляют собой полые трубки диаметром 20–30 нм, стенки которых образованы специально закрученными нитями из белка тубулина. Микротрубочки очень прочны, часто они расположены так, чтобы противодействовать растяжению или сжатию клетки. Помимо механической функции микротрубочки выполняют и транспортную функцию, участвую в переносе различных веществ. Промежуточные филаменты имеют толщину около 10 нм и также имеют белковую природу. Микрофиламенты представляют собой нити диаметром 4 нм, их основой является белок актин. Микрофиламенты чаще всего располагаются вблизи плазматической мембраны и способны менять её форму, что необходимо для процессов фагоцитоза и пиноцитоза. Цитоскелет, поддерживающий форму клетки, может быстро собираться и разбираться. В цитоплазме имеются полости, называемые вакуолями, которые регулируют осмотическое давление и обеспечивают выведение из организма продуктов распада.

9. Вблизи ядра в цитоплазме расположен клеточный центр (центросома), образованный двумя взаимно перпендикулярными цилиндрами – центриолями. Диаметр центриолей составляет 150–250 нм, длина – 300–500 нм. Стенка каждой центриоли состоит из девяти комплексов микротрубочек, каждый из них построен из трёх микротрубочек, т. е. представляет собой триплет. Триплеты соединены друг с другом рядом связок, основным белком, образующим центриоли является тубулин.

В центросомах собираются элементы цитоскелета из тубулина, поступающего через цитоплазму. Кроме того, центриоли необходимы для образования базальных телец ресничек и жгутиков. В клетках высших растений клеточный центр устроен по-другому, он не содержит центриолей.

10. Цитоплазму клетки пронизывает система трубочек и полостей, называемая эндоплазматической сетью или эндоплазматическим ретикулумом. Эта сеть образована мембраной и имеет такое же строение, её трубочки и полости занимают до половины объёма клетки. Различают гладкую и шероховатую (гранулярную) эндоплазматические сети. На шероховатой расположено множество рибосом, на гладкой идёт синтез углеводов и липидов. Продукты синтеза переносятся по трубочкам к местам их накопления или использования в биохимических реакциях.