СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТКИ

Клетки разнообразны по форме и резко отличаются друг от друга своим внешним видом и внутренним строением. Однако различные клетки животных организмов имеют общие черты строения: они состоят из клеточной оболочки, или мембраны, клеточной плазмы (цитоплазмы), содержащей различные органоиды и ядра. Строение клетки хорошо видно под электронным микроскопом. Мембрана клетки состоит из нескольких организованных слоев белков и липидов. Ее толщина до 100 ангстрем [1 ангстрем равен 0,1 нм (нанометра), или 1х10-10 м, т. е. одной десятимиллионной части миллиметра].

Мембрана обладает избирательной проницаемостью к разным ионам. Из органоидов цитоплазмы наибольшее значение имеют митохондрии, внутренние мембраны, лизосомы, аппарат Гольджи, рибосомы, центросомы, или центриоли, и кинетосомы.

схема животной клетки

Рис. 12. Общая схема животной клетки под электронным микроскопом:
БМ — базальная мембрана, Д — десмосома, КГ — комплекс Гольджи, КР — корешок реснички, Л — лизосомы, М — митохондрии, Мв — микроворсинки, ПВ — пиноцитозная вакуоль, Р — ресничка, Ри — рибосомы, СВ — секреторная вакуоль, СМ — складка мембраны, Ц — центриоль, ЭР (г) — эндоплаз-матический ретикулум (гладкий), ЭР (ш) — эндоплазматический ретикулум (шероховатый), Я — ядро, Яд — ядрышко

Митохондрии освобождают энергию в виде химической энергии аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) из питательных веществ в процессе окисления и дыхания. Так как они доставляют энергию для процессов, протекающих в клетке, то их называют «силовыми станциями». В клетке имеется от 50 до 5000 митохондрий, в зависимости от ее типа и функции. Длина митохондрии 3—4 мкм, поэтому она видна в обычный микроскоп. Лизосомы содержат ферменты, участвующие в расщеплении макромолекул белков, нуклеиновых кислот и жиров на микромолекулы, которые в дальнейшем окисляются ферментами митохондрий. Внутренние мембраны являются продолжением наружной и образуют эндоплазматическую сеть канальцев, по которым движутся различные вещества, поступающие в клетку от наружной мембраны к ядру. Аппарат Гольджи, как предполагается, непрерывно создает новую мембрану. Рибосомы, состоящие из гранул РНК, покрывают внутреннюю поверхность мембраны. Их особенно много в клетках, синтезирующих большие количества белка. Две центросомы, или центриоли, которые обнаруживаются в клетке под обычным микроскопом во время ее деления, образуют полюсы веретена, растаскивающего хромосомы делящейся клетки по двум дочерним клеткам. Кинетосомы обнаруживаются только в клетках, движущихся при помощи ресничек, или жгутиков. Каждая кинетосома состоит из нитей (9 периферических и 2 центральных, несколько более толстых). Ферменты синтезируются в цитоплазме, особенно в рибосомах. Ядро клетки отграничивается от цитоплазмы мембраной, в которой есть отверстия; через них, по-видимому, проходят в обе стороны макромолекулы. В ядре находятся нити хроматина, в которых содержится вся ДНК клетки.

До начала деления ядра клетки хромосомы в нем не обнаруживаются, так как хроматин рассеян по всему ядру, а перед делением клетки он образует хромосомы.

ДНК, находящаяся в хромосомах, тесно связана с особыми белками гистонами, которые входят в структуру ее молекулы. В состав хромосом входят также магний, кальций, цинк, железо.

В ядре находятся шаровидные ядрышки, в которых много РНК. Вероятно, в них синтезируются белок и РНК. В ядре синтезируются ДНК и большая часть РНК. Из ядра РНК поступает в цитоплазму, которой она передает генетическую информацию от ДНК.

Содержание ДНК постоянно в каждом наборе хромосом клеток данного вида. В состав ДНК входят 4 азотистых основания: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Каждое основание присоединено к молекуле пентозного сахара — дезоксирибозе и к молекуле фосфорной кислоты, которые регулярно чередуются между собой. Соединение азотистого основания с обеими молекулами называется нуклеотидом. Аденин и гуанин являются пуриновыми, а цитозин и тимин — пиримидиновыми основаниями.

Молекула ДНК свернута в двойную спираль, состоящую из двух попарно соединенных цепей нуклеотидов, в которых посредством водородных связей аденин соединен с тимином, а гуанин с цитозином. Определенная группировка нерегулярно расположенных пар нуклеотидов представляет собой ген, который, как часть молекулы ДНК, содержит программу строения отдельного белка, нуклеиновой кислоты или какой-либо особенности строения данного организма, изменяющейся с возрастом. Синтезирован в лаборатории ген, программирующий образование гемоглобина.

В ДНК есть гены двух типов: структурные, выдающие информацию, и гены-регуляторы, участвующие в синтезе особых белковых веществ — репрессоров, подавляющих активность структурных генов. Общее число генов (структурных и генов-регуляторов) у человека примерно б млн. Количество нуклеотидов, в одной молекуле ДНК в среднем 10 тыс., а ее средний молекулярный вес 10 млн. В одном гене содержится 500—1500 нуклеотидов. При старении в молекуле ДНК накапливается железо, что приводит к изменению ее физических и физико-химических свойств.

Молекула ДНК

Рис. 13. Молекула ДНК свернута в двойную спираль.

Самовозобновление ДНК и ее синтез во время деления клетки, когда ее молекула удваивается, происходит при участии фермента ДНК-полимеразы. Образование на молекуле ДНК второй ее молекулы, или ее удвоение, называется репликацией. Репликация происходит по правилу дополнения, или комплементарное, т. е. если в одной цепи стоит аденин, то в другой цепи против него выстраивается всегда тимин, и наоборот. То же происходит с гуанином и РНК отличается от ДНК тем, что ее молекула имеет только одну цепь нуклеотидов, вместо тимина в ее состав входит другое азотистое основание — урацил, а вместо дезоксирибозы — рибоза.

В перерывах между репликациями на разных участках молекулы ДНК синтезируется молекула РНК при участии фермента РНК-полимеразы. При этом дезоксирибоза заменяется рибозой, а тимин — урацилом.

Этот процесс называется считыванием, переписыванием, или транскрипцией, а образовавшаяся РНК называется РНК-посредником, матричной, или информационной (иРНК). Матричная РНК копирует по принципу комплементарности только одну цепь ДНК.

Существует обратная транскрипция — перенос информации с РНК в ДНК, или превращение РНК в ДНК, и размножение ее молекул при участии комплекса ферментов.

Схема синтеза белка в клетке

Рис. 14. Схема синтеза белка в клетке с участием ДНК, РНК-посредника и РНК-переносчика

До 90% РНК клетки содержится в рибосомах, которые забирают иРНК, когда появляется потребность в синтезе белка. Молекулы иРНК примерно в 10 раз длиннее своей матрицы на ДНК. Таким образом, иРНК переходит из ядра в цитоплазму. Здесь с ней контактирует другая молекула РНК переносчика аминокислот из клеточной плазмы в рибосому, или транспортная РНК (тРНК). Одна молекула иРНК связана с несколькими рибосомами, которые скользят вдоль нее и при этом с участием тРНК, доставляющей разные аминокислоты, происходит считывание информации с иРНК и более сложный синтез молекулы белка посредством активирующих их ферментов и витамина С. Процесс этого считывания состоит в том, что каждая аминокислота закодирована в ДНК, а следовательно, и в иРНК, тремя рядом расположенными нуклеотидами, или триплетами. Из четырех нуклеотидов возможно образование 64 триплетов. Разница между триплетами ДНК и иРНК состоит в том, что в иРНК урацил занимает место тимина. В среднем гене ДНК содержится примерно 500 триплетов. Триплеты в иРНК называются кодонами. Процесс синтеза молекулы белка на матричной РНК при помощи РНК-переносчика аминокислот называется передачей, или трансляцией. Каждый кодон отличается от другого последовательным расположением и составом нуклеотидов и кодирует синтез одной из аминокислот. Молекула иРНК содержит 500 и больше нуклеотидов, а молекула тРНК только около 80 нуклеотидов.

Процесс построения молекулы белка из 150 аминокислот продолжается 1,5 мин. Многие из синтезируемых таким образом белков являются определенными ферментами, необходимыми для синтеза определенной аминокислоты. Синтез белка в хромосомах регулируется механизмом с обратной связью со стороны цитоплазмы. Однако состав ДНК является результатом мутаций и отбора. Генетическая непрерывность создается самовоспроизводящейся молекулой ДНК.

Похожие материалы:

Деление клеток

Дифференцировка клеток

Обмен веществ в клетке

Химический состав клетки


   
© Медицинские науки. Перепечатка материалов сайта без действующей обратной ссылки запрещена!