Чтение онлайн

К другим важным внутриклеточным образованиям следует отнести нуклеиновые кислоты: дезоксирибонуклеиновую - ДНК и рибонуклеиновую - РНК. Их основная функция состоит в обеспечении процесса синтеза белков клетки. Длина молекулы ДНК в сотни и тысячи раз больше самой крупной белковой молекулы и может достигать нескольких десятков и сотен микрометров, в то время как длина самой крупной белковой молекулы не превышает 0,1 мкм. Ширина двойной спирали ДНК всего 20 . Молекулярная масса составляет десятки и даже сотни миллионов. Каждая цепь ДНК - полимер, мономерами которого являются молекулы четырех типов нуклеотидов. Иными словами, ДНК - это полинуклеотид, в цепи которого в строго определенном и для каждой ДНК всегда постоянном порядке следуют нуклеотиды, являющиеся таким образом фщ. единицами в структуре фн. ячеек ДНК. Поэтому, если хотя бы в одной из фн. ячеек будет помещена иная фщ. единица - нуклеотид, фн. свойства всей структуры изменятся. В каждой цепи ДНК (средний мол. вес 10 млн.) содержится до 30 тыс. нуклеотидов (мол. вес 345), вследствие чего количество изомеров (при 4 типах нуклеотидов) очень велико.

Благодаря принципу комплементарности, лежащему в основе построения двойной спирали ДНК, молекула ДНК способна к удвоению. Во время этого процесса две цепи разъединяются, образуя при этом две двойные цепи фн. ячеек, у которых лишь один ряд заполнен фщ. единицами, а другой становится свободным. На следующем этапе неассоциированные нуклеотиды из околосистемной среды заполняют соответствующие им свободные фн. ячейки в обеих спиралях. В результате редупликации вместо одной молекулы ДНК возникает две такого же точно нуклеотидного состава, как и первоначальная. Одна цепь в каждой вновь образовавшейся молекуле ДНК остается от первоначальной молекулы, другая синтезируется вновь. Таким путем вместе со структурой происходит передача фн. свойств ДНК от материнской клетки к дочерней.

Графически это выглядит следующим образом:

Молекулы РНК также являются полимерами, как и ДНК, но в отличие от них имеют одну спираль фн. ячеек, а не две. РНК выполняет в клетке ряд функций, в том числе

1) транспортную (транспортируют аминокислотные блоки к месту синтеза белков);

2) информационную (переносят информацию о структуре белка);

3) рибосомную.

Еще одним очень важным нуклеотидом в структуре живой клетки является аденозинтрифосфорная кислота - АТФ, содержание которой в клетках колеблется от 0,04 до 0,2 - 0,5%. Его особенность состоит в том, что при отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту) с выделением 40 кдж энергии с 1 гр-молекулы.

Все указанные выше органические вещества являются сложными по своей структуре и системной организации образованиями, но и они, в свою очередь, входят в качестве фщ. единиц в фн. подсистемы интегрированной системы клетки. К числу основных подсистем клетки отосятся следующие:

Наружная мембрана клетки. Регулирует поступление ионов и молекул в структуру клетки и выход их из нее в околосистемную среду. Такой обмен молекулами и ионами, то есть различными фщ. единицами, между системой клетки и внешней средой происходит постоянно. Различают фагоцитоз - поглощение мембраной крупных частичек вещества и пиноцитоз - поглощение воды и водного раствора. Через наружную мембрану из клетки выводятся продукты ее жизнедеятельности, то есть отфункционировавшие в подсистемах клетки фщ. единицы.

Цитоплазма. Внутренняя полужидкая среда клетки, в системном объеме которой развернута внутренняя структура клетки, то есть ее ядро, все органоиды (или органеллы), включения и вакуоли. Цитоплазма состоит из воды с растворенными солями и разнообразными органическими веществами, среди которых преобладают белки. Структура цитоплазмы состоит из фн. ячеек, не связанных жестко и свободно перемещающихся во всем ее объеме. Заполняющие их фщ. единицы, когда это необходимо, переходят из них в фн. ячейки органоидов. Поэтому основными функциями цитоплазмы являются аккумулятивная и транспортная.

Эндоплазматическая сеть. Органоид клетки, представляющий собой сложную систему каналов и полостей, пронизывающих всю цитоплазму клетки. На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез жиров и углеводов, которые накапливаются в аккумулятивных фн. ячейках ее каналов и полостей, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где они в качестве фщ. единиц занимают соответствующие фн. ячейки их структур. На мембранах каналов и полостей располагается также множество мелких округлых телец-рибосом.

Каждая рибосома состоит из двух мелких частиц, в состав которых входят белки и РНК. В каждой клетке содержится по нескольку тысяч рибосом. На рибосомах синтезируются все белки, входящие в состав данной клетки, путем сборки белковых молекул из аминокислот, имеющихся в цитоплазме. Синтез белков - это сложный процесс заполнения аминокислотными блоками соответствующих фн. ячеек их структур, который осуществляется одновременно группой из нескольких десятков рибосом, или полирибосомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях гранулярной эндоплазматической сети, а затем транспортируются к тем подсистемам клетки, где расположены предназначенные для них фн. ячейки. Эндоплазматическая сеть и полирибосомы представляют собой единый механизм биосинтеза, аккумулирования и транспортировки белков.

Митохондрии. Органоид, основная функция которого состоит в синтезе АТФ, представляющей универсальный источник энергии, необходимой для осуществления постянно протекающих внутри клетки химических процессов. Количество митохондрий в клетке колеблется от нескольких до сотен тысяч. Внутри митохондрий находятся рибосомы и нуклеиновые кислоты, а также большое количество разнообразных ферментов. Синтезированная АТФ заполняет транспортные фн. ячейки цитоплазмы и направляется к ядру и органоидам клетки.

Пластиды. Органоиды растительных клеток. Бывают различных типов. С помощью одного из них - хлоропластов, благодаря входящему в их состав пигменту (хролофиллу), клетки растений способны, используя световую энергию Солнца, синтезировать из неорганических веществ органические (углеводы). Этот процесс, как известно, носит название фотосинтеза.

Комплекс Гольджи. Органоид всех растительных и животных клеток, в котором происходит накопление белков, жиров и углеводов с последующей их транспортировкой в соответствующие фн. ячейки как внутри клетки, так и вне ее.

Лизосомы. Органоид, имеющийся во всех клетках и состоящий из комплекса ферментов, способных расщеплять белки, жиры и углеводы. В этом заключается основная функция лизосом. В каждой клетке сосредоточены десятки лизосом, участвующих в расщеплении уже отфункционировавших или аккумулятивных системных образований, а также тех, которые попадают в клетку извне путем фагоцитоза и пиноцитоза. В результате расщепления фщ. единицы покидают фн. ячейки расщепляемых структур, собираются в фн. ячейках аккумулятивных систем данной клетки, а затем транспортируются в фн. ячейки ее новых системных образований. Расщепленные с помощью лизосом отфункционировавшие структуры клетки удаляются за ее пределы. Образование новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, функционирующие в лизосомах, как и всякие другие белки, синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по каналам эндоплазматической сети к комплексу Гольджи, в полостях и трубочках которого формируются фн. ячейки структур лизосом. Сформировавшись, лизосомы отделяются от концов трубочек и поступают в цитоплазму.

Клеточный центр. Органоид, расположенный в одном из участков уплотненной цитоплазмы. В него входят две центриоли, играющие важную роль при делении клетки.

Структура клеток содержит и другие органоиды: жгутики, реснички и т.п., а также клеточные включения (углеводы, жиры, белки).

Вместе с тем, клетки, будучи сами по себе очень сложными системными образованиями, в свою очередь являются фщ. единицами, заполняющими фн. ячейки гиперсистем последующих уровней организации Материи. Вследствие этого в системной организации клеток предусмотрен механизм, позволяющий за сравнительно короткий период времени создавать аналогичные им системные формирования. В результате клеточный цикл включает два периода: