Клетка как «первокирпичик» живого, ее строение и функционирование. Механизм управления клеткой

Своего рода «первокирпичики» имеются на каждом уровне организации материи.

Так, на уровне, изучаемом физикой, такую роль играют кварки — мельчайшие из известных науке частиц вещества-поля, которые характеризуются тем, что даже с помощью самых совершенных приборов бывает трудно определить их точное местонахождение.

В сфере химических наук «первокирпичиками» являются уже более крупные частицы — атомы. Из них состоят различные химические элементы. В отличие от кварков, атомы — устойчивые, стабильные частицы.

Есть подобная фундаментальная частица и в биологии — живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всей совокупностью свойств живого, в том числе и свойством передавать наследственную информацию.

Создание клеточной теории, основы которой были впервые изложены в 1838 г. немецкими учеными М. Шлейденом (1804—1881) и Т. Шванном (1810—1882), стало одним из крупнейших достижений биологической науки XIX в.

Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все живые организмы от амебы до человека состоят из клеток, сходных по своему строению. Данное положение стало еще одним свидетельством единства происхождения и развития всех видов живого.

Многочисленные исследования в области цитологии — биологической науки, занимающейся исследованием живой клетки, показали, что все клетки имеют не только некоторые общие свойства, но и сходство в строении и выполняемых функциях. Так, все они осуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции и передаче наследственной информации.

Вместе с тем выяснилось, что часть клеток являются высокоспециализированными и, кроме того, они весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы, а также в составе многоклеточных организмов, где их число может достигать нескольких миллиардов, как, например, у человека.

У клеток разный срок существования. В частности, некоторые клетки пищевода человека отмирают через несколько дней после появления, а нервные клетки могут существовать на протяжении всей человеческой жизни. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, или гибелью.

Разнообразны и размеры клеток: они колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см.

Специализированные группы клеток образуют различные ткани организма: нервную, мышечную, соединительную и др. Несколько типов тканей формируют органы: сердце, легкие и т.д. Группы органов, выполняющих какую-либо общую функцию организма, называются системами организма.

Многообразием функций клетки обусловлена ее сложная структура. Клетка отграничена от окружающей среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает ее взаимодействие с внешним миром — обмен с ним веществом, энергией и информацией. Обмен веществ, или метаболизм, клеток — важнейшее свойство всего живого.

Обмен веществ — сложный, многоступенчатый процесс. Он включает доставку в клетку исходных продуктов, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии и «вредных отходов производства».

Метаболизм, в свою очередь, обеспечивает другое важнейшее свойство клетки — поддержание стабильности, устойчивости ее внутренней среды. Это свойство клетки, также присущее каждой живой системе, называют гомеостазом.

Особое место в мире живого занимают вирусы. Их иногда называют бесклеточными организмами, поскольку они не имеют четко выраженной клеточной структуры и существуют, проникая в другие клетки и паразитируя в них.

Следует также отметить, что помимо вирусов существуют и некоторые другие организмы с клеточным строением, которые не имеют типичной для большинства клеток структуры, например прокариоты, не имеющие оформленного ядра. Исторически они являются предшественниками вполне развитых клеток, имеющих ядро, или эукариотов. К группе прокариотов, древнейших безъядерных клеток, относятся некоторые организмы, сохранившиеся и поныне, в частности бактерии, сине-зеленые водоросли и др. Не имея оформленного ядра, эти организмы тем не менее обладают нитями молекул нуклеиновых кислот, которые у них, как и у всех других клеток, выполняют управленческую функцию; однако расположены они не в ядре, а во внутриклеточной жидкости — цитоплазме. Несмотря на относительную простоту организации, безъядерные клетки способны выполнять все свойственные типичным клеткам функции, включая обмен веществ, поддержание гомеостаза и т.п.

Но каким же образом обеспечивается управление этим сложным многоступенчатым процессом, происходящим в клетке? Исчерпывающего ответа на этот вопрос пока нет. Общепризнанно, что управление внутриклеточным обменом осуществляют особые структуры, как правило, находящиеся в ядре клетки в виде длинных цепей молекул нуклеиновых кислот. Их исходной структурной единицей является ген. Ген — это своего рода природное кибернетическое устройство, которое содержит информацию, инструкции, коды, определяющие характер всей деятельности клетки как по обмену веществ, так и по самовоспроизведению. Именно гены обеспечивают важнейшие метаболические и наследственные функции клетки и всего организма в целом. В связи с исключительно высокой ролью генов о них будет рассказано особо, в § 8.6.

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

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >