Исключительная разумность современного человека даёт ему власть сознательно организовывать своё будущее – факт уникальный в животном царстве. Но в то же время человек – это единственное животное, которое стало угрозой самому себе. И нельзя предугадать, какая из двух сил возьмёт верх: сила культурной эволюции, которая приведёт к появлению нового Homo sapiens, или разрушительная сила, которая его уничтожит, чтобы вернуть равновесие в природе, до того как она сама будет ввергнута в катастрофу.
9.4. Биологическая клетка как элементарная единица живого
Клеточная теория строения организмов сформулирована в 1839 году немецким биологом Т.Шванном (1810–1882) в работе «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой были использованы результаты исследований по клеточному строению растений немецкого ботаника М.Шлейдена (1804–1881) и других учёных.
Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Клетка, таким образом, несёт полную характеристику жизни. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому в природе ей принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы.
Это означает, что клетка составляет основу строения,
жизнедеятельности и развития всех живых форм.
Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия. Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. При этом определённые черты обнаруживаются во всех без исключения клетках, характеризуя наиболее важные стороны клеточной организации как таковой.
9.4.1. Строение клетки
Клетки, как растений, так и животных отделены от своего окружения плазматической мембраной (рис. 9.1).
Каждая клетка состоит из двух важнейших, неразрывно связанных между собой частей – ядра и цитоплазмы.
Рис. 9.1. Схематическое изображение клетки.
Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока (нуклеоплазмы), ядрышка и хроматина. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) клетки от цитоплазмы и в регуляции двусторонних взаимодействий ядра и цитоплазмы. Основу ядерного сока, или матрикса,
составляют белки. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль в обеспечении функционирования генетического материала.
Ядрышко представляет собой плотное округлое тельце, располагающееся в ядерном соке. В ядре клетки в зависимости от её функционального состояния число ядрышек колеблется от 1 до 5–7 и более. Ядрышко не является самостоятельным органоидом клетки. Оно лишено мембраны и образуется вокруг участка хромосомы, в котором закодирована структура рибосомных
рибонуклеиновых кислот (рРНК). Этот участок носит название ядрышкового организатора; на нём синтезируется рРНК. Кроме накопления рРНК в ядрышке формируются рибосомы, которые затем перемещаются в цитоплазму.
Хроматин представлен в виде глыбок, гранул и сетевидных структур, хорошо окрашивающихся некоторыми красителями. Хроматин содержит дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и белки и представляет собой спирализованные и уплотнённые участки хромосом.
В цитоплазме различают основное вещество (матрикс), органеллы и включения. Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между клеточной оболочкой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Оно образует внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает взаимодействие их друг с другом.
Органеллы – это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке жизненно важные функции. Существуют органеллы, свойственные всем клеткам, – это митохондрии, клеточный центр, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, лизосомы, пероксисомы и есть органеллы, свойственные только определённым типам клеток, определяющие окрашивание мышц, реснички эпителия трахеи и бронхов и ряд других.
Митохондрии – «энергетические станции» клетки, имеющие форму округлых, овальных или палочковидных телец. Размеры митохондрий составляют 0,2–1 мкм в диаметре и 5–20 мкм в длину. В митохондриях
осуществляется синтез универсального источника энергии – аденозинтрифосфата (АТФ). При распаде АТФ выделяется большое количество энергии, которая используется клетками при синтезе различных веществ, при выработке тепла, необходимого для поддержания температуры тела, при движении и других физиологических процессах.
Клеточный центр состоит из двух очень маленьких телец цилиндрической формы, расположенных под прямым углом друг к другу. Эти тельца называются центриолями. Центриоль имеет диаметр около 0,15 мкм и длину 0,3–0,5 мкм. Стенка центриоли состоит из девяти триплетов микротрубочек. Центриоли способны к микросборке и относятся к самовоспроизводящимся органеллам цитоплазмы. Центриоли играют важную роль в клеточном делении, от них начинается рост микротрубочек, образующих веретено деления.
Аппарат Гольджи представляет собой совокупность уплощённых дискообразных цистерн, от краёв которых отпочковываются секреторные пузырьки (везикулы), а также имеются локальные расширения цистерн, дающие более крупные пузырьки (вакуоли). Цистерны комплекса Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети. Синтезируемые на мембранах эндоплазматической сети белки, полисахариды, жиры транспортируются к комплексу, конденсируются внутри его структур и «упаковываются» в виде секрета, готового к выделению, либо используются в самой клетке в процессе её жизнедеятельности.
Эндоплазматическая сеть – это разветвлённая сеть
(ретикулум) каналов и полостей в цитоплазме клетки, образованная мембранами. Различают два вида мембран
эндоплазматической сети – гладкие и шероховатые. На мембранах гладкой эндоплазматической сети находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Основная функция шероховатой эндоплазматической сети – синтез белков, который осуществляется в рибосомах, прикреплённых к мембранам.
По каналам сети перемещаются вещества, в том числе и синтезированные на мембранах. Мембраны эндоплазматической сети выполняют ещё одну функцию – пространственного разделения ферментных систем, что необходимо для их последовательного вступления в биохимические реакции. Таким образом, эндоплазматическая сеть – общая внутриклеточная циркуляционная система, по каналам которой транспортируются вещества внутри клетки и из клетки в клетку.
Функцию синтеза белков осуществляют рибосомы. Они представляют собой сферические частицы диаметром 15–35 нм, состоящие из двух субъединиц неравных размеров и содержащие примерно равное количество белков и РНК. Рибосомные РНК (рРНК) синтезируются в ядре на молекуле ДНК одной из хромосом. Там же формируются рибосомы, которые затем покидают ядро. Рибосомы в цитоплазме располагаются или прикрепляются к наружной поверхности мембран шероховатой эндоплазматической сети. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут объединяться в комплексы – полирибосомы. В таком комплексе рибосомы связаны между собой длинной цепочкой молекулы информационной (матричной) РНК (иРНК или мРНК).