Строение и функции клетки
из двух хроматид и имеет перетяжку – центромеру, к которой прикрепляются
нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится
самостоятельной дочерней хромосомой.
В анафазе дочерние хромосомы расходятся к разным полюсам клетки.
В последней стадии – телофазе – хромосомы вновь раскручиваются и
приобретают вид длинных тонких нитей. Вокруг них возникает ядерная
оболочка, в ядре формируется ядрышко.
В процессе деления цитоплазмы все её органоиды равномерно
распределяются между дочерними клетками. Весь процесс митоза продолжается
обычно 1-2 часа.
В результате митоза все дочерние клетки содержат одинаковый набор
хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз – это способ деления
клетки, заключающийся в точном распределении генетического материала между
дочерними клетками, обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.
Биологическое значение митоза огромно. Функционирование органов и
тканей многоклеточного организма было бы невозможно без сохранения
одинакового генетического материала в бесчисленных клеточных поколениях.
Митоз обеспечивает такие важные процессы жизнедеятельности, как
эмбриональное развитие, рост, поддержание структурной целостности тканей
при постоянной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение
погибших эритроцитов, эпителия кишечника и пр.), восстановление органов и
тканей после повреждения.
Обмен веществ.
Основная функция клетки – обмен веществ. Из межклеточного вещества в
клетки постоянно поступают питательные вещества и кислород и выделяются
продукты распада. Так, клетки человека поглощают кислород, воду, глюкозу,
аминокислоты, минеральные соли, витамины, а выводят углекислый газ, воду,
мочевину, мочевую кислоту и т.д.
Набор веществ, свойственный клеткам человека, присущ и многим другим
клеткам живых организмов: всем животным клеткам, некоторым микроорганизмам.
У клеток зелёных растений характер веществ существенно иной: пищевые
вещества у них составляют углекислый газ и вода, а выделяется кислород. У
некоторых бактерий, обитающих на корнях бобовых растений (вика, горох,
клевер, соя), пищевым веществом служит азот атмосферы, а выводятся соли
азотной кислоты. У микроорганизма, селящегося в выгребных ямах и на
болотах, пищевым веществом служит сероводород, а выделяется сера, покрывая
поверхность воды и почвы жёлтым налётом серы.
Таким образом, у клеток разных организмов характер пищевых и
выделяемых веществ различается, но общий закон действителен для всех: пока
клетка жива, происходит непрерывное движение веществ – из внешней среды в
клетку и из клетки во внешнюю среду.
Обмен веществ выполняет две функции. Первая функция – обеспечение
клетки строительным материалом. Из веществ, поступающих в клетку, -
аминокислот, глюкозы, органических кислот, нуклеотидов – в клетке
непрерывно происходит биосинтез белков, углеводов, липидов, нуклеиновых
кислот. Биосинтез – это образование белков, жиров, углеводов и их
соединений из более простых веществ. В процессе биосинтеза образуются
вещества, свойственные определённым клеткам организма. Например, в клетках
мышц синтезируются белки, обеспечивающие их сокращение. Из белков,
углеводов, липидов, нуклеиновых кислот формируется тело клетки, её
мембраны, органоиды. Реакции биосинтеза особенно активно идут в молодых,
растущих клетках. Однако биосинтез веществ постоянно происходит в клетках,
закончивших рост и развитие, так как химический состав клетки в течение её
жизни многократно обновляется. Обнаружено, что «продолжительность жизни»
молекул белков клетки колеблется от 2-3 часов до нескольких дней. После
этого срока они разрушаются и заменяются вновь синтезированными. Таким
образом, клетка сохраняет функции и химический состав.
Совокупность реакций, способствующих построению клетки и обновлению
её состава, носит название пластического обмена (греч. «пластикос» -
лепной, скульптурный).
Вторая функция обмена веществ – обеспечение клетки энергией. Любое
проявление жизнедеятельности (движение, биосинтез веществ, генерация тепла
и др.) нуждаются в затрате энергии. Для энергообеспечения клетки
используется энергия химических реакций, которая освобождается в результате
расщепления поступающих веществ. Эта энергия преобразуется в другие виды
энергии. Совокупность реакций, обеспечивающих клетки энергией, называют
энергетическим обменом.
Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны между собой.
С одной стороны, все реакции пластического обмена нуждаются в затрате
энергии. С другой стороны, для осуществления реакции энергетического обмена
необходим постоянный синтез ферментов, так как «продолжительность жизни»
молекул ферментов невелика.
Через пластический и энергетический обмены осуществляется связь
клетки с внешней средой. Эти процессы являются основным условием
поддержания жизни клетки, источником её роста, развития и функционирования.
Живая клетка представляет собой открытую систему, поскольку между
клеткой и окружающей средой постоянно происходит обмен веществ и энергии.
Раздражимость.
Живые клетки способны реагировать на физические и химические
изменения окружающей их среды. Это свойство клеток называется
раздражимостью или возбудимостью. При этом из состояния покоя клетка
переходит в рабочее состояние – возбуждение. При возбуждении в клетках
меняется скорость биосинтеза и распада веществ, потребление кислорода,
температура. В возбуждённом состоянии разные клетки выполняют свойственные
им функции. Железистые клетки образуют и выделяют вещества, мышечные клетки
сокращаются, в нервных клетках возникает слабый электрический сигнал –
нервный импульс, который может распространяться по клеточным мембранам.
Роль органических соединений в осуществлении функций клетки.
Главная роль в осуществлении функций клетки принадлежит органическим
соединениям. Среди них наибольшее значение имеют белки, жиры, углеводы и
нуклеиновые кислоты.
Белки.
Белки представляют собой большие молекулы, состоящие из сотен и тысяч
элементарных звеньев – аминокислот. Всего в живой клетке известно 20 видов
аминокислот. Название аминокислоты получили из-за содержания в своём
составе аминной группы NH2.
Белки в обмене веществ занимают особое место. Ф. Энгельс так оценил
эту роль белков: «Жизнь – это способ существования белковых тел,
существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с
окружающей их внешней природой, причём с прекращением этого обмена веществ
прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». И на самом деле,
везде, где есть жизнь, находят белки.
Белки входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих
гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды
организма. Без белков нет роста. Ферменты, обязательно участвующие во всех
этапах обмена веществ, имеют белковую природу.
Углеводы.
Углеводы поступают в организм в виде крахмала. Расщепившись в
пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и
усваиваются клетками.
Углеводы – главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной
работе. Больше половины энергии организм взрослых людей получает за счёт
углеводов. Конечные продукты обмена углеводов – углекислый газ и вода.
В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном
уровне (около 0,11%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение
температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление.
Повышение количества глюкозы вызывает её отложение в печени в виде
запасного животного крахмала – гликогена. Значение глюкозы для организма не
исчерпывается её ролью как источника энергии. Глюкоза входит в состав
цитоплазмы и, следовательно, необходима при образовании новых клеток,
особенно в период роста.
Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ центральной нервной
системы. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются
расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря
сознания, изменение деятельности сердца.
Жиры.
Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на
глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь
частично в кровь.
Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде
одного грамма жира в организме освобождается энергии в два раза больше, чем