Введение
В этой публикации будет рассматриваться живая клетка (планеты Земля). Эта клетка по своей сложности (структуры, состава, функций) многократно превосходит все, что нами рассматривалось в статьях «Клетка I и Клетка II». Но для того, чтобы двигаться дальше, необходимо иметь хорошее представление и понимание как все устроено и действует в живых организмах Земли.
Наш разговор пойдет про Жизнь – биологическое явление как минимум планетарного масштаба, но можно считать и космического. Человека всегда интересовало это явление, но сложность его, доступность для изучения и понимания оценивается и сегодня несколько упрощенно. Даже такие проекты как «Геном человека», «Протеом человека» или «Мозг человека» лишь несколько приоткрыли тайны жизни, но породили массу новых вопросов к природе этого явления, ответы на которые в ближайшие годы даже не ожидаются.
Продолжая публикации о живой мыслящей материи, жизни и клетке (как бы единицы жизни) на планете Земля, пришло время сказать о существующих живых клетках (из которых состоим мы с вами), об их составных частях, устройстве и функциях. Речь пойдет о теории клетки и ее моделировании. Это вопросы мировоззренческого характера, но они важны для каждого человека. Для чего вообще нужно мировоззрение? Классик материализма так ответил на этот вопрос. Мировоззрение человеку нужно, чтобы он управлял событиями, а не события им управляли.
Цель публикации в первую очередь образовательная, познавательная, популяризация науки, а также стремление привлечь в ряды исследователей, в науку приток новых молодых умов, вызвать в таких умах стремление к поиску ответов на возникающие вопросы. Масштабность темы требует ввести разумные ограничения на излагаемый материал после краткого панорамного ее рассмотрения.
КЛЕТКА – ЭЛЕМЕНТ ЖИВОЙ МАТЕРИИ
Определение клетки
Строение любого объекта представляется структурой и заполнением ее элементов, связей конкретными вещами, а также их размещением. Элементы и связи материальны и образуют состав объекта, а размещение описывается координатами и контактами элементов. Получение структуры клетки еще не означает, что создана модельная единичка жизни, необходимо вдохнуть жизнь, оживить эту структуру.
Специфичность клеточной структуры обусловливается и поддерживается информацией, содержащейся в размножающейся матричным путем в генетических программах. Моделирование жизни учеными начиналось созданием одиночных протоклеток, а ныне создаются даже сообщества таких клеток и изучается их взаимодействие. Протоклетки — это зачаточные формы искусственных клеток, которые нейтрализуют загрязняющие вещества, регулируют химические реакции, служат моделями происхождения жизни и выполняют другие полезные функции.
Клетка — элементарная живая система, состоящая из трех основных частей — оболочки, ядерного аппарата и цитоплазмы, обладающая способностью к обмену энергией, материей и информацией с окружающей средой; лежит в основе жизнедеятельности, строения, развития, размножения животных и растительных организмов.
В пространстве она ограничена клеточной мембраной, т.е. оболочкой клетки, образующей замкнутое пространство, содержащее протоплазму. Протоплазма — совокупность всех внутриклеточных элементов (гиалоплазмы, органелл и включений). Цитоплазма — это протоплазма, за исключением ядра. Гиалоплазма (цитозоль) — гомогенная внутренняя среда клетки, содержащая питательные вещества (глюкоза, аминокислоты, белки, фосфолипиды, депо гликогена) и обеспечивающая взаимодействие всех органелл клетки.
Таким образом, клетка — структурно-функциональная единица органа (ткани), способная в приемлемых условиях самостоятельно существовать, выполнять специфическую функцию в малом объеме, расти, размножаться, активно реагировать на раздражение.
Итак, Клетка – элементарная единица жизни, определение которой дал Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» Из хаоса жидкой, газообразной и твердой среды создается и поддерживается порядок, не следующий (не подчиняющийся) второму закону термодинамики. На Земле жизнь зародилась не менее 3,75 млрд. лет назад (при существовании планеты — 4,6 млрд.). И сами определения и количественные оценки не могут быть абсолютными. В человеческом организме триллионы клеток, подразделяющихся на 350 разных (стволовые, иммунные, мозга, раковые,…) типов.
Клетка – это наименьшая самовоспроизводящаяся единица жизни, на ее уровне (другие уровни: тканевый, органов, организма) в организмах протекают рост и развитие, размножение клеток, обмен веществом, энергией и информацией. Она является морфологической и физиологической структурой, элементарной единицей растительных и животных организмов. В статье будут рассматриваться: строение, состав, структурная организация клетки, функции общие и специфические, жизненный цикл клетки, методы и приемы исследования клетки.
«Если не знать имен, умрет и познание вещей» — Карл Линней
Предпосылки теории и моделирования живых организмов
1500 Л да Винчи. Животные могут жить в атмосфере, поддерживающей горение
1665 Гук Р. Обнаружение клеточной структуры пробковой ткани
1674 Левенгук А. Открытие бактерий и простейших
1677 Левенгук А. Впервые увиден сперматозоид человека
1735 Линней К. Разработаны принципы систематики и бинарная номенклатура
1828 Вёлер Ф. получил мочевину из цианата аммония
1839 Шванн Т., Шлейден М. Сформулирована клеточная теория
1839 Либих Ю. Сформулировано положение о «неживой» природе ферментов
1859 Вирхов Р. Сформулировано положение «каждая клетка из клетки»
1859 Дарвин Ч. Публикация книги «Происхождение видов путем естественного отбора»
1865 Мендель Г. Опубликованы законы наследования
1868 Мишер Ф. Открыты нуклеиновые кислоты
1873 Шнейдер Ф. Открыты хромосомы
1875 Гертвиг О. Описан процесс оплодотворения как соединение двух клеток
1878 Флеминг В., Перемежко П.И. Открыт митоз (деление) животных клеток
1882 Флеминг В. Открыт мейоз у животных клеток
1883 Ван Бенеден Э.В половых клетках в 2раза меньше хромосом, чем в соматических
1900 Ландштейнер К. Описана система групп крови человека АВ0
1931 Руске Е., Кноль М. Сконструирован электронный микроскоп
1937 Кребс Г.А. Описан цикл превращений органических кислот
1943 Дельбрюк М., Лурия С. Доказано существование спонтанных мутаций
1945 Портер К. Открыта эндоплазматическая сеть (ЭПС)
1951 Клетки Hela впервые получены из биопсии ткани рака шейки матки
1952 Рождение клеточной экспериментальной вирусологии
1952 Появление современных стандартов клеточной биологии. Пересылка почтой
1953 Уотсон Д., Крик Ф. Сформулированы представления и модель структуры ДНК
1953 Солк Д. Зарождение генетической медицины. Вакцина против полиомиелита
1954 Появление коммерческих стандартизованных клеточных линий
1954 Зарождение клонирования. Изучаются клоны отдельных клеток Hela
1955 Палладе Дж. Открыты рибосомы
1956 Тио и Леван. Диплоидный набор человека содержит 46 =2×23 хромосом
1959 Первые эксперименты по воздействию токсинов на клетки Hela
1960 Барский Г. Установлена возможность гибридизации соматических клеток
1960 Зарождение космической (в невесомости) клеточной биологии Hela
1965 Появление гибридов. Путем слияния клетки Hela с лимфоцитами мыши
1968 Корана Х. Осуществлен химический синтез гена
1970 Пауэр Осуществлено искусственное слияние протопластов клеток
1972 Международная программа борьбы с раком с использованием клеток
1972 Берг Р. Рождение генетической инженерии. Первая рекомбинантная ДНК
1973 Появление кл моделей болезней in vitro, использована клетка Hela как модель
1975 МильштейнЦ., Кехлер Г. Соматические клетки синтезируют антитела
1984 На модели Hela доказано, что вирус папилломы вызывает рак
1986 На модели Hela показан механизм заражения вирусом СПИДа
1989 В клетке Hela открыт фермент теломера влияющий на продолжительность жизни
1993 На модели Hela показан механизм заражения туберкулезом
1997 Уилмут И. Путем клонирования соматической клетки (овечка Долли)
2005 На модели Hela изучается действия (опасные) наноструктур на живые ткани
2012 Штайнмец и др. расшифровка генома клеток Hela в доступных базах данных
2013 Представлены результаты полного сиквенса генома клеточной линии Hela
В клеточной теории (цитологии) рассматривают прокариотические и эукариотические живые организмы. Прокариоты – организмы, не имеющие в клетках ограниченного мембраной ядра (бактерии, сине-зеленые водоросли). Они лишены хлоропластов, митохондрий, аппарата Гольджи, центриолей. Генетическая система закреплена на клеточной мембране, представлена кольцевой ДНК, состоящей из кодирующих участков.
Эукариоты – организмы, клетки которых содержат ядра. Обладают ограниченными мембраной клеточными органоидами, иногда содержащими собственную ДНК (митохондрии, хлоропласты).В сжатом виде приведем перечень событий и имен предваряющих изложение.
Общие положения
Явление жизнь на нашей планете насчитывает миллиарды лет. Сразу после того, как Земля остыла до приемлемого уровня, неживая природа продолжала комбинировать свои элементы (атомы, молекулы) в различных средах в воздухе, на поверхности суши и океанов, под их поверхностью. Температурный распад веществ замедлился и где-то прекратился вообще, вода перестала превращаться полностью в пар. Другие условия планеты благоприятствовали возникновению элементов органики, которые со временем развивались, усложнялись и научились самовоспроизводиться. Рассмотрение явления эволюции жизни на Земле отложим на потом, не будем спешить. Основное внимание уделим эукариотам и человеку.
Пока займемся цепочкой клетка – ткань – орган – организм. В роли организма каждый может представить себя, особенно, если посмотрит в зеркало, а еще лучше, если начнет задавать вопросы Гуглу и знакомиться и разбираться с ответами.
Любопытный пример с Генриеттой Лакс. Афроамериканка, умершая в 1951 году от рака и ставшая невольным источником биоматериала (клетки HeLa), на основании которого создана линия, широко использующихся в научных целях «бессмертных» клеток. Их число удваивается каждые 24 часа в 20 раз быстрее обычных клеток. Замечу, что на Земле существуют и организмы являющиеся биологически бессмертными, но подробнее об этом и о стволовых человеческих клетках расскажем в другой статье.
Ученый Джордж Гей, взявший клетки без ведома и согласия женщины, заметил, что они могут делиться очень быстро, а также неограниченное количество раз, в отличие от обычных клеток, для которых существует предел Хейфлика (для большинства человеческих клеток он составляет 52 деления, после чего клетка больше не делится). Подсчитано, что с 1950-х годов ученые получили 20 тонн клеток HeLa! Они постоянно используются для исследования СПИДа, рака, воздействия радиации и токсичных веществ, картирования генов и множества других научных исследований.
С помощью HeLa тестируется чувствительность человека к косметическим новинкам, клею, химикатам и т. д. Одной из их особенностей служит аномальный кариотип. Как и у многих раковых клеток, некоторые хромосомы этой линии удвоены. Они содержат 49–78 хромосом, в отличие от нормального кариотипа человека, содержащего 46 хромосом. Появление этого отклонения от нормального кариотипа связано с вирусом папилломы человека (ВПЧ) HPV18, ответственного почти за все случаи рака шейки матки. ВПЧ «вставляет» свою ДНК в клетку-хозяина. Сегодня в мире находится около 20 тонн этих клеток; они упоминаются в 11 000 патентов
Строение, состав и функции типичной эукариотической клетки.
Организм как-бы постоянно обновляется. Даже если клетки не делятся (клетки мозга их около 14 млрд), в них обновляются составляющие части. Ни одна частица в теле человека не пребывает в нем более девяти лет.
Строение клетки
Клетки могут иметь разные размеры и форму, например, клетки мозга могут достигать почти метровой длины. После 25 лет мозг человека теряет ежегодно до ста тысяч своих клеток. В среднем же размер клеток – единицы нанометров. Невооруженным глазом клетки невидимы. Внешняя оболочка клетки – плазматическая мембрана заключает в себе миллионы составных частиц, которые непрерывно взаимодействуют.
Когда необходимость в каких-то клетках отпадает, они умирают. Разрушаются конструкции оболочки, подпорки, перевариваются составные части. Процесс называется апоптоз, или запрограммированная смерть клетки. Случайная гибель клеток (а также ткани, органа) в биологии называется некрозом.
Важно то, что естественная клеточная гибель (апоптоз) в отличие от некроза не вызывает воспаления в окружающих тканях [5]. Запрограммированная клеточная гибель выполняет функцию, противоположную митозу (делению клетки), и, тем самым, регулирует общее число клеток в организме.
Ежедневно в организме гибнут миллиарды клеток, другой их миллиард убирает то, что от них осталось. Гибель клеток возможна и при их заражении (действует иммунитет – фагоцитоз), но в основном клетки умирают по указанию – они автоматически убивают себя.
Состав клеток
Химический состав клетки включает как неорганические (вещества, соединения, элементы), так и органические. Главным неорганическим веществом следует назвать воду с ее многочисленными функциями. Это универсальный растворитель, вода поддерживает тепловое равновесие, благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности. Из-за полярности молекул структуры клетки относительно стабильны. Гидравлический скелет, осмотическая передача, основное средство перемещения веществ в организме. Источник кислорода и водорода при фотосинтезе.
Неорганические вещества
Ультрамикроэлементы. Уран, радий, селен, золото, ртуть и др. (функции не выяснены)
Микроэлементы (ионы тяжелых металлов). Компоненты ферментов, гормонов и других жизненно важных соединений.
Макроэлементы:
Азот –исходный продукт азотного и белкового обмена. Входит в пигменты, нуклеиновые кислоты. Витамины.
Фосфор – компонент АТФ, нуклеотидов, многих ферментов.
Сера – аминоктслоты (цистин, цистеин, витамина В1 и ряда ферментов).
Калий (ионы) – активация ферментов белкового синтеза, генерация биоэлектрических потенциалов, регуляция ритма сердечной деятельности, участие в фотосинтезе.
Натрий (ионы) – водообмен организма, поляризация клеточной мембраны, генерация биоэлектрических потенциалов, регуляция ритма сердечной деятельности, участие в синтезе гормонов, основной элемент буферной системы.
Кальций – антагонист калия, входит в состав мембранных структур, костей; компонент внешнего скелета водорослей, раковин моллюсков, кораллов.
Магний – активирует синтез ДНК и энергообмен.
Железо – компонент гемоглобина, ряда окислительных ферментов, участвует в процессе дыхания, в фотосинтезе.
Медь – компонент миоглобина и ряда ферментов, участвует в процессах кроветворения.
Марганец – компонент ряда ферментов, где играет каталитическую роль.
Цинк – синтез растительных гормонов.
Органические вещества
Углеводы – моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Основной энергетический источник, исходный материал для последующего синтеза.
Липиды – жиры, липоиды. Формирование мембранных структур, передача нервного импульса, создание межклеточных контактов; запасные питательные вещества; термоизоляционные функции.
Белки – структурная, каталитическая (ферменты), транспортная, регуляторная (гормоны), защитная (антитела), сигнальная (раздражимость), двигательная (актомиозиновый комплекс), энергетическая.
Состав органелл (компонентов) клетки
Внешний тонкий слой, образованный живой цитоплазмой, имеющей на поверхности выросты и складки, что помогает соединению клеток. Сама цитоплазма – живая коллоидная система.
Она состоит из:
1) Гиалоплазмы (основной цитоплазмы);
2) Органоидов и их содержимого.
Ядро. Состоит из 2-слойной ядерной оболочки с порами, кариоплазмы, хроматина, сложного комплекса ДНК и белков.
Ядрышко. Участок хроматина, содержит РНК и специфические белки.
Взаимодействуют клетки и между собой. Клетки иногда сравнивают с заводским или фабричным производством, или с крупным городом, жители которого заняты неотложными делами и непрерывно с огромными скоростями перемещаются в пределах оболочки.
В клеточную оболочку заключены миллионы объектов: лизосом, эндосом, рибосом, лигандов, пероксисом, белков всех размеров и форм, сталкивающихся с миллионами других вещей и занятых будничными делами: извлечением энергии из питательных веществ, сборкой структур, удалением отходов, отражением вторжения незваных гостей, отправкой и получением сообщений, выполнением ремонта.
Органоиды цитоплазмы. Мембранные структуры.
Цитоплазма клетки состоит из цитоплазматического матрикса и органоидов. Цитоплазматический матрикс заполняет пространство между клеточной мембраной, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Химический состав цитоплазматического матрикса разнообразен и зависит от выполняемых клеткой функций, а также образует внутреннюю среду клетки и объединяет все внутриклеточные структуры, обеспечивая их взаимодействие.
Эндоплазматическая сеть (ретикулум ЭПС). Разветвленная система канальцев, пузырьков, трубочек, пронизывающих цитоплазму. Различают Агранулярную ЭПС и Гранулярную ЭПС.
Аппарат Гольджи. Система плоских полых емкостей (диктиосом) и пузырьков.
Лизосома – гранулы, покрытые однослойной мембраной, органоид клеток животных и грибов, осуществляющий внутриклеточное пищеварение. Содержат гидролитические ферменты. Местом формирования лизосом является комплекс Гольджи. Внутри лизосом содержится более 20 различных ферментов. В клетке обычно находятся десятки лизосом.
Вакуоли. Окруженные мембраной полости, содержащие концентрированный раствор различных веществ (минеральные соли, сахара, пигменты, органические кислоты и ферменты).
Митохондрии произошли от захваченных клеткой бактерий, и они до настоящего времени сохранили собственные генетические программы, делятся по собственному расписанию, общаются на собственном языке. Вся потребляемая пища и весь кислород, после переработки поступают в митохондрии. Там они превращаются в молекулу, которая называется аденозинтрифосфат (АТФ). В каждый данный момент в каждой клетке находятся до миллиарда молекул АТФ. Они играют роль маленьких батареек, обеспечивающих энергией разнообразные процессы, происходящие в клетке.
Они малы и за минуты их энергия исчерпывается, этот миллиард батареек заменяется новым. Ежедневно производство молекул АТФ по весу сопоставимо с половиной веса нашего тела. Так велики потребности в энергии организмов. Митохондрии – состоят из двойной мембранной оболочки, внутренняя часть образует выросты – кристы, благодаря которым увеличивается площадь поверхности органоида.
Внутренняя полость заполнена матриксом, содержащим кольцевую молекулу ДНК, рибосомы, ферменты, белки, липиды, витамины, РНК. Это органоиды эукариотической клетки, обеспечивающие организм энергией. Форма и размеры митохондрий очень разнообразны. Обычный диаметр митохондрий от 0,2 до 1 мкм, длина достигает 10-12 мкм. Число митохондрий в различных клетках варьирует в широких пределах – от 1 до 107. Митохондрия имеет две мембраны – наружную и внутреннюю, между которыми расположено межмембранное пространство.
Основная функция митохондрии – синтез АТФ, т. е. образование энергии – около 95% в животной клетке и чуть меньше – в растительной, специфических белках и стероидных гормонах.
Пластиды – это органоиды эукариотической растительной клетки. Каждая пластида ограничена двумя элементарными мембранами. Пластиды разнообразны по форме, размерам, строению и функции. По различной окраске различают хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Обычно в клетке встречается только один из перечисленных видов пластид. Каждая клетка содержит несколько десятков хлоропластов, в каждом из которых находится 10-60 копий ДНК.
Внемембранные компоненты цитоплазмы.
Рибосома – состоит из двух асимметричных субъединиц. Органоид клетки, осуществляющий биосинтез белка. Содержит специфическую рибосомальную РНК и рибосомальный белок. Располагаются в цитоплазме или на цистернах гранулярной ЭПС группами (полисомы) или поодиночке. Представляет собой рибонуклеопротеиновую частицу диаметром 20-30 нм. В прокариотической клетке около 10 тыс. рибосом, а в эукариотической – 50 тыс. Рибосомы состоят из двух субчастиц – большой и малой. В цитоплазме клетки рибосома связывается с мРНК и осуществляет синтез белковых молекул из аминокислот.
Клеточный центр. Два палочковидных тела (центриоли), стенки которых построены из 9 пар трубчатых образований и окружены уплотненной цитоплазмой. В клетках высших растений не обнаружен
Центроскелет клетки. Микротрубочки образуют веретено деления, Микрофиламенты, Промежуточные филаменты. Формируют остов клетки.
Специализированные органоиды. Реснички и жгутики – цитоплазматические выросты, Микроворсинки, Включения – капли жиров, зерна углеводов, кристаллы
Клеточные включения – это компоненты цитоплазмы, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена, и конечных его продуктов.
Жгутик – органелла движения ряда простейших. В клетке бывает 1-4 жгутика, а редко и более. Жгутик эукариотической клетки – это вырост толщиной около 0,25 мкм и длиной 150 мкм, покрытый плазматической мембраной. Как и другие органеллы, жгутик имеет сложную структуру. Движутся жгутики, в отличие от ресничек, волнообразно.
Ресничка – органелла движения или рецепции у клеток животных и некоторых растений. Движутся реснички обычно маятникообразно.
Остаточные тельца – особый вид клеточных включений – продукты деятельности лизосом [4; 8]. Около 20 тысяч различных видов белков содержит каждая клетка. Около двух тысяч из них представлены по 50 000 молекул, что при подсчете дает в каждой клетке не менее 100 миллионов белковых молекул.
Такие масштабы имеют биохимические процессы внутри нашего тела, и они идут непрерывно. Все эти процессы крайне необходимы для питания клеток кислородом и веществами, получаемыми от переработанной пищи. Кислород доставляется кровью, благодаря неустанной работе нашего сердца. Каждый час оно перекачивает до 150 литров крови, более 8000 литров ежедневно, до трех миллионов литров в год. Такие темпы перекачки в состоянии покоя, а при повышенной нагрузке объем может шестикратно возрастать. Кислород потребляется митохондриями. Это электростанции клеток, которых в клетке насчитывается до тысячи.
Функции клеток
Функции клеток весьма разнообразны. У каждой клетки имеются специфические функции, свойственные в основном данному виду клеток, и общие (основные) функции, подобные функциям других клеток.
К общим функциям относят:
Синтез тканевых и клеточных структур и необходимых для жизнедеятельности соединений.
Выработка энергии
Трансмембранный перенос веществ
Размножение клеток
Детоксикация продуктов метаболизма
Рецепторная функция.
К специфическим функциям относят:
Секреторная функция (выработка гормонов, ферментов)
Сократительная функция (мышечные клетки)
Восприятие, передача сигнала другим клеткам, усвоение и хранение информации (ЦНС)
Газообменная функция (эритроциты)
Защитная функция (иммунная система).
Каждая из функций и все они реализуются неким органом (организмом), а на молекулярном детальном уровне связаны с наличием определенных веществ или химических элементов. Поэтому, говоря о химическом составе клетки, мы будем называть (перечислять) те функции и процессы, в которых он принимает непосредственное участи.
Очевидно, что каждая функция реализуется (выполняется) каким-либо элементом (объектом) и характеризует этот объект. Будем сохранять эту связь при перечислении функций.
Ядро. Обеспечивает важнейшие генетические и метаболические процессы клетки, а на долю ядрышка выпала роль центра синтеза и организации рибонуклеопротеидов или субъединиц рибосом.
Плазматическая мембрана. А) Защитный молекулярный барьер, осуществляющий регуляцию процессов перемещения веществ и рецепторную функцию;
Б) Полупроницаемость обеспечивает избирательное пропускание в клетку и из клетки определенных веществ; В) Ограничивает и формирует свойства органоидов клетки и различных типов клеток; Г) Компартментация – процедура локализации различных процессов в клетке, благодаря разделению протопласта на зоны с различным метаболическим фондом, предупреждение смешивания образующихся веществ.
Цитоплазма. А) У простейших движение цитоплазмы – основной способ перемещения в пространстве; Б) Оптимальное размещение органоидов; В) Процессы обмена веществ.
Эндоплазматическая сеть (ретикулум ЭПС). А) Увеличение площади контакта клетки со средой; Б) Разделение внутриклеточных сред; В) Транспортная система.
Агранулярная ЭПС. А) Синтез липидов и углеводов; Б) Запасание ионов Са2+в мышцах;
В) Обезвреживание ядовитых веществ.
Гранулярная ЭПС. А) Участие в процессе биосинтеза белка; Б) Синтез липидов и углеводов.
Комплекс (аппарат) Гольджи. А) Накопление, упаковка и выделение продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов метаболизма, токсикантов; Б) Обновление мембран;
В) Производство лизосом.
Лизосомы. А) Внутреннее пищеварение; Б) Самопереваривание отмирающих клеток (лизис); В) Уничтожение поврежденных органоидов клетки.
Вакуоли. А) Хранение различных веществ, в том числе и конечных продуктов обмена; Б) Поддержание осмотического давления; В) Лизосомные функции (иногда).
Митохондрии. А) Участие в синтезе АТФ (биохимический катализ); Б) Преобразование энергии химических связей в макроэнергетические связи АТФ. Образование АТФ идет преимущественно за счет окислительного фосфорилирования (в кристах); В) Расщепление углеводов, окисление жирных кислот, аминокислот (в матриксе) с освобождением энергии и запасание ее в виде энергии связей в молекуле АТФ.
Рибосома. Синтез белковых молекул из аминокислот.
Клеточный центр. А) Участвует в делении клетки; Б) Центриоли служат центрами образования веретена деления.
Цитоскелет клетки. А) Формирует остов клетки; Б) Участвует в перемещении пузырьков и гранул в цитоплазме; В) Микротрубочки образуют веретено деления; Г) Подвижность клеток.
Биомоделирование живой клетки.
Синтетический подход (ученые Бристольского Ун-та)
Современные биотехнологии обеспечивают создание синтетической эукариотической
клетки, которая способна выполнять главные функции «живой» клетки. В частности, вырабатывать энергию и экспрессировать гены.
Способ синтеза состоял в следующем: использовались 2 колонии разных бактерий, которые смешали в пробирке с каплями вязкой жидкости. Одна группа бактерий оказалась внутри капель, а вторая на поверхности.
После этого бактерии были разрушены, а из их клеточных компонентов собрали протоклетки покрытые мембранами. удалось не только «собрать» клетку, но и преобразовать ее в естественную амебоподобную форму в течение первых 48 часов существования. Эти, казалось бы, простые организмы включают в себя огромное множество сложных механизмов для роста и размножения. Возможность воссоздавать имитацию жизни из синтетических клеток на заказ, открывает множество перспективных направлений во всех сферах жизни человека.
Подход создания жмвой клетки (протоклетки) с «нуля»
Так создавали протоклетку Шостак и Сазерленд. Подробно изложено в статье Клетка II. Эти ученые не привлекали готовые органические компоненты, а использовали только неорганику.
Заключение
В публикации рассмотрена лишь обобщенная информация о строении растительных и животных клеток. На Земле много живых организмов, но только одна Жизнь: один генетический код, схожее клеточное строение, несколько десятков общих генов.
Клетка – это наименьшая самовоспроизводящаяся единица жизни, на ее уровне (другие уровни: тканевый, органов, организма) протекают рост и развитие, размножение клеток, обмен веществом, энергией и информацией.
Она является морфологической и физиологической структурой, элементарной единицей растительных и животных организмов. Клетка имеет сложную внутреннюю организацию (структуру, состав) и специфическое взаимодействие органелл в процессе жизнедеятельности, является элементарной единицей полноценной живой системы.
В многоклеточном организме протекающие процессы складываются из совокупности координированных функций его клеток. Без клетки, вне клетки и с разрушением клетки жизнь прекращается..
Литература
1. Ахундова Э.М., Салаева С.Д. Генетика: вопросы и ответы. – Баку, 2019. – 381 с.
2. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. — СПб.: Росток, 2002. -350 с.
3. Бор Н. Атомная физика и человеческое познание.-М: Ин литература, 1961.-151 с.
4. Вилли К., Детье В. Биология. -М.: Мир, 1974. -824 с
5. Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. -СПб.: Наука, 1991.-539 с.
6. Коштоянц Х.С. Основы сравнительной физиологии. М.: АН СССР, 1957.т.2, -635с.
7. Медников Б.М. Аксиомы биологии. — М.: Знание, 1982. -136 с.
8. Шрёдингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика. М.: Атомиздат, 1972. -88 с.
9. Энгельс Ф. Диалектика природы. Л.: Гос. изд. политической литературы,1952.-328 с.
10. Гринев В.В. Генетика человека. – Минск: БГУ, 2006. – 131 с.
11. Гусейнова Н.Т. Цитология: Учебник. – Баку, 2018. – 224 с.
12. Курчанов Н.А. Генетика человека с основами общей генетики: Учебное пособие. – СПб.: СпецЛит, 2005. – 185 с.
13 Кауфман Б.З., Фрадкова Л.И. Учебное пособие по биологии для старшеклассников и абитуриентов.- Петрозаводск:АО КАРЭКО, 1995. — 144с.
14. Стволинская Н.С. Цитология / Н.С. Стволинская. – М.: Прометей, 2012. – 208 с.
15. Цаценко Л.В., Бойко Ю.С. Цитология. – Ростов-н/Д: Феникс, 2009. – 186 с.
16. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. – М.: Академкнига, 2004. – 495 с.
17. Ченцов Ю.С. Общая цитология: Учебник. – М.: МГУ, 1984. – 442 с.
18. Ляпун И.Н., Андрюков Б.Г., Бынина М.П. Культура клеток HeLa: бессмертное
наследие Генриетты Лакс. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4):151-157. https://doi.org/10.17116/molgen201937041
19. Гусейнова Н.Т., Мамедова Р.Ф. Клетка – основа жизни на земле // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 11 (65). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/
