2. Клетка — структурная и функциональная единица живого

Клетку считают открытой элементарной живой системой. Клетка отграничена от окружающей среды клеточной мембраной, а внутри нее выделяется более плотное ядро, находящееся в полужидкой цитоплазме. Клетка обладает всеми признаками живого: самовоспроизведением, саморегуляцией, историческим развитием, информационным отражением. В клетках происходят процессы обмена веществ и превращения энергии. Новые клетки могут возникать только из исходных клеток в процессе их деления. Классик клеточной теории Р. Вирхов специально подчеркивал: каждая клетка происходит только из клетки.

Достижения цитологии (науки о клетках) связаны с применением физических и химических методов: электронного микроскопа, рентгеноструктурного анализа и других. Увеличение в сотни тысяч раз позволяет увидеть мельчайшие детали внутреннего строения клеток. До 98% массы клетки приходится на кислород, углерод, водород, азот, калий, серу и фосфор. Остальные 2% составляют примерно 50 химических элементов.

Вещественный состав клетки: вода (около 80%), минеральные соли и органические соединения (липиды, углеводы, белки, нуклеиновые кислоты, аминокислоты и т.д.). Белки регулируют обмен веществ клетки, нуклеиновые кислоты — хранители наследственной информации и регуляторы образования белков - ферментов. Липиды (жиры и жироподобные вещества) выполняют энергетическую роль, участвуют в процессах метаболизма и размножения клеток. Углеводы служат источником энергии, строительным материалом (клеточная стенка у растений состоит в основном из полисахарида целлюлозы) и выполняют запасающую функцию, накапливаясь в качестве резервного продукта.

В состав белков входят десятки и даже сотни мономеров - остатков аминокислот. Аминокислоты содержат в себе как кислотную группу СООН, так и щелочную группу NH₂. Благодаря этому аминокислоты легко соединяются между собой. Молекулы разных белков сильно различаются по массе, содержанию разных аминокислот и порядку их расположения. Поэтому молекулярная масса белков колеблется от десятков тысяч до десятков миллионов. Изменение последовательности даже одной пары аминокислот влечет изменение свойств исходного белка и превращение его в новый. Установлено, что белки сами по себе, без контролирующего воздействия нуклеиновых кислот, размножаться не могут.

Нуклеиновые кислоты тоже построены из мономеров, но других - нуклеотидов, резко отличающихся от аминокислот. Нуклеотиды включают три компонента: азотистое основание, углевод и остаток фосфорной кислоты. Разнообразие их сочетаний определяет индивидуальную природу нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты, включающие сахар рибозу, называются рибонуклеиновыми (РНК), а те, которые содержат сахар дезоксирибозу, называются дезоксирибонуклеиновыми кислотами (ДНК). ДНК в клетках расположена главным образом в ядре, а РНК — преимущественно в цитоплазме. ДНК является хранителем наследственной информации. Наследственная информация в ДНК определяется порядком взаимного расположения в них азотистых оснований, который воспроизводится в дочерних молекулах. РНК в качестве посредников помогают передаче генетической информации в процессе биосинтеза белка. Если при этом будет поврежден какой-либо нуклеотид в молекуле ДНК, то не будет образован тот белок-фермент, за синтез которого отвечает ДНК, а это повлечет нарушение нормального обмена веществ клетки и сделает ее неполноценной.

Простейшие клеточные организмы (бактерии, сине-зеленые водоросли) состоят из клеток, не имеющих ядер. Такие клетки называют прокариотами. Они имеют по одной хромосоме, представленной молекулой ДНК. В ходе эволюционного процесса возникли эукариоты — организмы, клетки которых имеют ядро, содержащее хромосомы в виде соединения ДНК и белков. Таковы большинство современных растений и животных. С наличием ядра совершеннее стал процесс деления клеток. В многоклеточных организмах клетки стали различаться на специализированные и неспециализированные. Дифференцированные клетки хорошо приспособлены к какой-либо одной функции. Поэтому жизненный процесс может быть обеспечен лишь взаимодействием разных клеток.

Процесс деления клеток называется митозом. Длительность его зависит от типа ткани, физиологического состояния клетки, внешних факторов, особенно от температуры. Митоз протекает так, что из материнской клетки образуются две дочерние с тем же самым набором хромосом и с той же генетической информацией, как и у материнской клетки.

В XIX в. считалось, что ядро клетки — это преимущественно орган наследственности, а цитоплазма - орган приспособления к среде. В XX в. установлено, что ядро и цитоплазма совместно определяют процесс формообразования, причем процессы в ядре и цитоплазме взаимно влияют друг на друга.

Литература к главе 16

Дубинин Н.П. Генетика и человек. — М., 1978.

Камшилов М.М. Эволюция биосферы. - М., 1974. - Гл. 4.

Общая биология. Пособие для учителя /Под ред. Н.П. Дубинина. - М., 1980.

Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. -М., 1960.

О сущности жизни. — М., 1964.

Проблема поиска жизни во Вселенной. — М., 1986.

Удуман Н.К. Концепция самоорганизации и проблемы молекулярной эволюции. - М., 1994.

Энгелъгардт В.А. Познание явлений жизни. - М., 1984.

Югай Т.А. Общая теория жизни. - М., 1985.