НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

Строение клетки. Подавляющее число известных к настоящему времени живых организмов имеют клеточное строение. Можно утверждать, что клетка — это структурная и функциональная единица

Рис. 41. Разнообразие клеток:

/ — эвглена зеленая; 2— бактерия; 3 — растительная клетка мякоти листа; 4— этггелиальная клетка; 5— нервная клетка

живого. Клеткам характерны все признаки и в них осуществляются практически все функции живых организмов: обмен веществ и энергии, рост и размножение, саморегуляция, движение и т. д. Клетки имеют размеры от I до 100 мкм, но иногда встречаются клетки-гиганты размером до нескольких сантиметров. Форма клеток весьма разнообразна (рис. 41), но все они имеют одинаковый химический состав и общую схему строения. В целом в состав клеток входит около 20 химических элементов, но на долю кислорода, углерода, водорода и азота приходится до 95 %. Из неорганических простых химических соединений наибольшее значение в клетках имеет вода, содержание которой составляет от 60 до 98 %. Из органических веществ в клетке присутствуют белки, жиры (липиды), сахара (углеводы), нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Каждое органическое вещество выполняет свою специфическую функцию: нуклеиновые кислоты —? передача наследственной информации, синтез белков, регуляции функций; белки — регуляция функций, защита, транспортировка веществ, рост, ферментация, энергетические запасы и превращения, ферменты — биологический катализ; липиды и углеводы — рост, энергетические запасы и превращения; питательные запасы (рис. 42).

т

Клетка состоит из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы с ор-ганеллами и ядра. Животные и растительные клетки в своем строении имеют особенности. Некоторые из составных элементов клеток, например как хлоропласты и вакуоли, характерны только для растительных клеток, которые имеют кроме мембраны еще и оболочку (рис. 43). Важнейшим элементом клетки для осуществления функций самовоспроизведения и наследственности является ядро — центр регуляции жизнедеятельности клетки. Ядро заполнено кариоплазмой, содержащей молекулы ДНК; в ядре происходит синтез ДНК, РНК, рибосом. Перед делением ДНК образуют комплексы с белком, формируя хромосомы (рис. 44). Число хромосом для каждого вида организма постоянно, это собственно и определяет возможность появления живых организмов одного и того же вида в процессе размножения (рис. 45).

Старая

цепь

Старая

цепь

А...Т

Новая

цепь

Рис. 42. Схема редупликации ДНК (Дж. Ссвейдж, 1969). Процесс связан с разделением пар оснований (Адснин-Тимин и Гуанин-Цитозит; А-Т, Г-Ц) и раскручиванием двух цепей исходной спирали. Каждая цепь используется как матрица для синтеза новой цепи

Основой жизнедеятельности клетки является превращение энергии и обмен веществ. Всю энергию

Земля получает в конечном счете от Солнца. Лучистая энергия Солнца достигает Земли и улавливается клетками растений. Это происходит за счет имеющихся в растительных клетках специальных структур в хлоропластах. Хлоропласты — это полуавтономныс мембранные органеллы, имеющие специфическую зеленую окраску благодаря пигментам хлорофилла. Полученная растительными клетками энергия превращается в них в энергию химических связей молекул органических веществ и аденозинтрифос-фат (АТФ). Последний представляет собой органическое вещество, универсальный аккумулятор энергии в биологических системах. Солнечная энергия, превратившись в энергию химических связей, в частности АТФ, расходуется на синтез сахаров (глюкозы, крахмала и т. п.).

ю ТТ д 14 12 8

Рис. 43. Комбинированная схема строения животной (а) и растительной (6) клетки:

I — оболочка; 2— наружная клеточная мембрана; 3— ядро; 4— хроматин; 5 — ядрышко, 6 — эндоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная); 7 — митохондрии; 8 — хлоропласта; 9 — аппарат Гольджи; 10— лизосома; //—клеточный иентр; /2—рибосомы; 13— вакуоль; /4—цитоплазма

Фотосинтез. Одним из главнейших, если не определяющих существование жизни на Земле, является процесс фотосинтеза. Сущность процесса заключается в том, что при воздействии солнечной энергии при наличии хлорофилла из весьма простых неорганических соеди-

б)

Рис, 44. Строение и виды хромосом:

а — строение: / — центромеры; 2— плечи хромосомы; 3— молекулы ДНК;

4 — сестринские хроматиды; б — виды: / — равноплечная; 2— разноплечная; 2— одноплечная

6)

Рис. 45. Интерфаза (л) и фазы митоза (б):

) — профаза; 2 — мстафаза; 3 — анафаза; 4 — телофаза

нений образуются сложные органические. В качестве классического примера приводится следующая реакция синтеза простого сахара (глюкозы):

6С0_г + 12Н,0 + 2821,9 кДж С₆Н₁₂0₆+6Н₂0+60₂ Т

Этот процесс происходит исключительно в растительных организмах, использующих диоксид углерода, воду и минеральные соли. Другие живые организмы (животные, микроорганизмы) используют для своей жизнедеятельности готовые органические соединения, получая их из растений. При фотосинтезе выделяется кислород, который, как известно, абсолютно необходим для дыхания живых организмов. Питание живых организмов сопровождается расщеплением и одновременным выделением тепла, т. е. вышеуказанная реакция может быть записана в обратном порядке:

С₍Н_|30₆ + 60, 6С0₂ + 6Н,0 + энергия

Выделившаяся энергия расходуется в виде тепла и частично запасается в синтезируемых молекулах аденозинтрифосфата (АТФ). Вновь образовавшиеся диоксид углерода, вода и другие вещества, например аммиак, могут вновь использоваться в процессе фотосинтеза.

Приведенные примеры реакций фотосинтеза являются наиболее простыми, так как органические вещества, даже углеводы (сахара) имеют гораздо более сложный химический состав и строение. Запасы энергии используются живыми организмами во вторичном синтезе веществ, характерных для данного организма, на его рост и размножение.

Все процессы, которые протекают в клетке, да и во всем организме, объединяются в единую совокупность и называются обменом веществ и энергии.

Синтез органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии, называется ассимиляцией или пластическим обменом, а распад, расщепление органических веществ с выделением энергии называется диссимиляцией, или энергетическим обменом. По способу питания, по тому, как организмы получают органические вещества и энергию, их подразделяют на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные организмы — это организмы, которые создают органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза с использованием солнечной энергии. К числу таких организмов в первую очередь относят все растения, а также цианобактерии или так называемые синезеленые.

Гетеротрофные организмы — это организмы, которые получают готовые органические вещества от автотрофных. Источником энергии для них являются химические реакции распада и окисления органических веществ в процессе диссимиляции. К числу таких организмов относят всех животных, подавляющее большинство микроорганизмов и грибы.

Каждая клетка осуществляет свою жизнедеятельность в определенный промежуток времени. Этот период, в котором протекают все процессы обмена веществ и энергии, называют жизненным циклом клетки. Клеточный цикл состоит из двух основных периодов — интерфазы и деления. Стадия деления клетки изменяется от нескольких минут до 3 ч, а стадия интерфазы, т. е. существования клетки до следующего деления, естественно, продолжительнее. Наиболее распространенным способом деления клетки, а значит, обеспечения механизма самовоспроизведения на клеточном уровне является митоз. Сущность митоза заключается в образовании двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке. Биологический смысл митоза состоит в обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности исходных и вновь возникающих клеток, а значит, в поддержании идентичности вновь возникающих и обновляющихся в «клеточном» смысле живых организмов.