Клетка как фундаментальная единица живого

Фундаментальная частица в биологии – живая клетка, являющаяся мельчайшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе и носителем генетической информации.

Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по своему строению. Это положение стало еще одним свидетельством единства происхождения и развития всех видов живого.

Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, или гибелью.

Клетки образуют ткани, а несколько типов тканей формируют органы. Группы органов, связанные с решением каких-то общих задач, называютсистемами организма.Клетка обособляется от внешней среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает взаимодействие клетки с внешним миром, обмен с ним веществом, энергией, информацией.

Обмен веществ, обеспечиваемый клетками, – важнейшее свойство всего живого. Это свойство называют метаболизмом клеток, служащим основой для сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки.

Обмен веществ– сложный, многоступенчатый процесс, включающий:

       доставку в клетку исходных продуктов;

       получение из них энергии и белков;

       выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии, “вредных отходов производства”.

Все нити управления внутриклеточным обменом находятся в особых структурах, как правило, в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), исходной структурной единицей которых является ген. Это своего рода природное кибернетическое устройство, содержащее:

–       информацию;

–       коды, определяющие характер всей деятельности клетки как по обмену веществ, так и по самовоспроизведению. Гены обеспечивают важнейшие метаболические и наследственные функции клетки, как и всего организма в целом.

Открытие в XXв. структуры и функционирования генетического аппарата клетки в развитии биологии сыграло такую же роль, как и открытие атомного ядра в физике. Если открытие ядра позволило человеку овладеть практически неисчерпаемыми запасами энергии,то открытие генов дало возможность людям вмешиваться в свойства живой клетки, управлять механизмами наследственности, практически решать задачи клонирования живых организмов.

Если в клетку попадут вредные для организма бактерии или другие инородные тела, то с ними вступает в бой иммунная система– блуждающие клетки, которые у низших животных играют роль пищеварительных органов, а у высших животных, в том числе у человека, их значение заключается в защите специфического строения данного организма.

Попадающие в организм белки расщепляются на аминокислоты, которые затем используются им для построения собственных белков.

На уровне клетки реализуются важнейшие процессы, обеспечивающие развитие организма:

       оплодотворениепри половом размножении;

       воспроизводствов клетке по матрице определенных веществ и структур;

       деление клеток, в результате которого организм растет из одной оплодотворенной яйцеклетки.

Существует 2 способа деления клеток:

       митоз– такое деление клеточного ядра (кроме ядер половых клеток), при котором образуются 2 дочерних ядра с наборами хромосом, идентичными наборам родительской клетки.

       мейоз– деление клеточного ядра половых клеток с образованием 4-х дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро.

Воспроизводство себе подобных и наследование признаков осуществляется с помощью наследственной информации, материальным носителем которой являются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

ДНК состоит из 2-х цепей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой. В клетке человека ДНК распределена на 23 пары хромосом и содержит около 1 млрд пар оснований, длина ее около 1 м.

Носители информации– нуклеиновые кислоты – содержат азот ивыполняют 3 функции:

–       самовоспроизведение;

–       хранение информации;

–       реализация этой информации в процессе роста новых клеток.

Генетическая информация, содержащаяся в нуклеиновых кислотах, проявляется в образовании ферментов, которые управляют химическими реакциями внутри организма.

Реализация многообразной информации о свойствах организма осуществляется путем синтеза различных белков согласно генетическому коду. Сходство и различие тел определяется набором белков. Чем ближе организмы друг к другу, тем более сходны их белки.

Процесс воспроизводства состоит из 3 частей:

       репликации– удвоения молекулы ДНК, необходимого для последующего деления клеток. В основе способности клеток к самовоспроизведению лежит уникальное свойство ДНК самокопироваться и строго равноценное деление репродуцированных хромосом. После этого клетка может делиться на две идентичные;

       транскрипции, представляющей собой перенос кода ДНК путем образования одноцепочечной молекулы информационной РНК на одной нити ДНК;

       трансляции– синтеза белка на основе генетического кода информационной РНК в особых частях клетки – рибосомах, – куда доставляет аминокислоты транспортная РНК.

Переход от неживого к живому осуществился после того, как на базе предшествующихпредбиологических структур возникли и развились зачатки двух основополагающихжизненных систем: системы обмена веществ (метаболизма) и системы воспроизводства живой клетки. Пока невозможно сказать, как конкретно происходило это развитие. В современной природе мы наблюдаем конечный результат того качественного скачка, который привел к образованию живой клетки, и последовавший за этим процесс биологической эволюции.

Изучение указанных систем дало важнейший попутный результат: сформировалась фундаментальная для всего естествознания идея единства состава и механизмов функционирования живой природы независимо от уровня организации составляющих ее структур. Эта идея, зародившись еще в XIX в., обрела вид законченнойконцепции биохимического единства живого в 20-х ггXXв. благодаря трудам голландских микробиологов А. Клюйвера и Г. Донкера. К настоящему времени эта концепция обоснована результатами всесторонних исследований, которые исчерпывающе демонстрируют единство всего живого по самым фундаментальным свойствам: схожесть химического состава, свойство хиральности живого, универсальная роль аденозинтрифосфата (АТФ) в качестве аккумулятора и переносчика биологически запасенной энергии; универсальность генетического кода и др.

Многообразные знания о живой природе плохо поддаются формализации и формулированию на их основе постулатов и обобщений, которые могли бы послужить базой для всеобщего теоретического знания о живом. На сегодняшний день теоретическая биология только формируется. Главная проблема – это создание единой теории живого. Уже ясно, что только общими усилиями биологии, физики, химии и математики может быть осуществлено познание феномена жизни, создание единой теории жизни.