Клетки, ткани и органы. Химические основы жизни

Живые организмы на фундаментальном уровне удивительно похожи. Их основной структурной единицей является клетка. Клетки, выполняющие однотипные функции, группируются вместе, образуя ткани, из которых формируются органы растений и животных.

Клетки, ткани и органы. Многие микроскопические организмы (бактерии и амебы) состоят всего из одной клетки, а организмы больших размеров - из многих клеток. Простые многоклеточные организмы, например губки, построены из большого количества всего нескольких типов клеток, расположенных случайным образом. Большинство растений и животных имеют специализированные типы клеток, организованные в различные ткани.

Ткани состоят из клеток одного вида, выполняющих определенную функцию. Примером животных тканей служат мышечные и нервные. Ткани растений не так хорошо известны, они включают ксилему и флоэму.

У большинства растений и животных ткани образуют органы. Лишь немногие из них построены целиком из одного типа тканей, как, например, сердце, которое образовано сердечной мышцей и содержит очень мало других тканей. Большинство же органов включает несколько типов тканей. В свою очередь органы могут объединяться и работать согласованно в составе систем.

1. Ядро. Контрольный центр с хромосомами, несущими генетическую информацию в виде ДНК; ядрышко синтезирует рибосомальную РНК, определяющую синтез белка.
2. Эндоплазматический ретикулум. Сеть каналов, где синтезируются липиды и достраиваются белки.
3. Рибосомы (рассредоточены или собраны на эндоплазматическом ретикулуме) - машины для синтеза белков.

4. Митохондрия. Место клеточного дыхания и генератор энергии.
5. Вакуоль. Мешок с жидкостью, поддерживающий жесткость клетки.
6. Цитоплазма. Прозрачная желеобразная субстанция, в которой плавают многие мелкие структуры.

7. Лизосома. Содержит ферменты, разлагающие токсины и другие нежелательные вещества.
8. Клеточная мембрана. Окружает клетку и удерживает ее содержимое.
9. Клеточная стенка. Жесткий слой полисахарида вокруг клеточной мембраны у растений и бактерий.
10. Хлоропласт. Место, где происходит фотосинтез; содержит зеленый пигмент – хлорофилл.

Клеточные структуры. Все живые клетки обладают некоторыми общими характеристиками. Среди них:
- Клеточные мембраны, которые отделяют содержимое клетки от окружающего мира.
- Цитоплазма - субстанция, заполняющая клетки.
- Белоксинтезирующие тельца, называемые рибосомами.
- ДНК - своеобразная инструкция, позволяющая клеткам функционировать и воспроизводить самих себя.

Биологи подразделяют живые организмы на две группы: организмы, клетки которых обладают ядром, и те, у которых его нет. К организмам, не имеющим ядра, или прокариотам, относятся бактерии и сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Эти наиболее примитивные формы жизни на Земле в биологической классификации образуют царство Мопега (монеры).

Все представители других четырех царств: Protista (протисты, включая амеб), Fungi (грибы), Plantae (растения) и Animalia (животные) - относятся к эукариотам, и их клетки содержат ядра, в которых находится ДНК. Они обладают рядом общих клеточных структур, называемых органеллами, которых нет у водорослей. Органеллы в клетках выполняют различные функции.

Типы клеток: Бактериальная клетка. Бактерии не имеют ядра и других видимых внутренних структур: генетический материал представлен нитью ДНК.

Растительная клетка. Зеленые клетки растений отличаются наличием хлоропластов, жестких клеточных стенок центральной вакуоли.

Животная клетка. Не обладая жесткой стенкой или вакуолью, клетка животных имеет неправильную форму: она не может синтезировать сахара.

Химические основы жизни. Организм животного примерно на 60% по весу состоит из воды; у растительных клеток это значение может быть и выше. Кроме воды, основные типы химических соединений, найденные во всех живых организмах, включают нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), белки, углеводы и липиды.

Белки. Они образуют большинство структурных элементов тела животных; к ним относятся также большинство ферментов, управляющих биохимическими процессами в клетках.

Белки состоят из цепочек аминокислот. В природе встречаются около 100 различных аминокислот, но животные белки состоят в основном из 20 аминокислот. Они подразделяются на незаменимые и заменимые. Последние могут синтезироваться в организме из других молекул, а незаменимые должны поступать с пищей.

Ферменты - специализированные белки, построенные из 100-1000 аминокислот. Аминокислотная цепь фермента складывается в уникальную трехмерную структуру, которая позволяет ускорять химические реакции.

Каждое изменение внутри живой клетки обеспечивается участием ферментов. Существуют тысячи типов этих белков. Например, бактерия, состоящая из одной клетки, содержит в цитоплазме до 1000 ферментов.

Углеводы. Основная функция углеводов в живых организмах - снабжение энергией. Однако целлюлоза (один из сложных углеводов) образует клеточные стенки растений и является их основным структурным материалом.

Все молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Они содержат в два раза больше атомов водорода, чем атомов углерода или кислорода.

Углеводы подразделяют на три основные группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды - простые сахара, содержащие до 10 атомов углерода в каждой молекуле. К ним относится, например, глюкоза, участвующая в выработке энергии в клетке.

Дисахариды, такие, как сахароза (тростниковый сахар), состоят из двух молекул моносахаридов, соединенных вместе. Прежде чем клетка сможет их использовать для производства энергии, они должны быть расщеплены до моносахаридов.

Полисахариды, или сложные углеводы, состоят из многих моносахаридных звеньев. Наиболее важные полисахариды - крахмал и целлюлоза. Крахмал - основной запасной питательный материал растений.

Липиды. Также состоят из углерода, водорода и кислорода, однако последний содержится в липидах в меньших пропорциях, чем в углеводах. Липиды включают жиры, масла, воск, фосфолипиды (образующие клеточные мембраны) и стероиды (некоторые гормоны и другие важные вещества). Липиды плохо растворяются в воде; они содержат в два раза больше энергии, чем углеводы. Жиры - основной энергетический запас животных.

Мертвые клетки. Живой организм состоит не только из живых клеток. Клетки постоянно умирают (и большинство заменяется новыми), но некоторые отмершие клетки формируют важные структуры организма. Верхний слой кожи животных, волосы, перья, чешуя, ногти и когти - все образуется из мертвых клеток. Такую же защитную роль играют кора дерева и древесный материал его ствола и веток. Многие другие важные биологические материалы, включая кости и раковины, представляют собой инертную материю, выделяемую клетками организма.

Энергия посредством дыхания. Во время биохимического процесса клеточного дыхания (не путать с обычным дыханием) кислород взаимодействует с глюкозой с образованием диоксида углерода, воды и энергии. Эта энергия поддерживает все процессы жизнедеятельности.

Клеточное дыхание происходит во всех живых организмах. Там, кислород, этот процесс дает до 37% энергии, заключенной в молекуле глюкозы, доступной для использования организмом. Если кислород недоступен, дыхание становится менее эффективным. Оно может осуществляться в упрощенной форме, когда глюкоза расщепляется до молекул молочной или пировиноградной кислоты.