Клетка - основная единица биологической активности

Основной единицей живого является клетка. Клетка, как и все живое, способна размножаться, видоизменяться, реагировать на раздражения.

Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток: прокариотическая клетка (у прокариот — бактерий и сине-зеленых водорослей) и эукариотическая клетка (у эукариот, то есть всех остальных одно- и многоклеточных организмов — растений, грибов и животных).

Прокариотическая клетка отличается следующими свойствами: ядерное вещество не покрыто ядерной оболочкой; одна молекула ДНК замкнута в кольцо; нет белков-гистонов, которые упаковывают ДНК; ДНК деспирализована (раскручена); отсутствуют мембранные органоиды; нет клеточного центра.

Эукариотическая клетка состоит из оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка (мембрана) покрывает клетку снаружи, отделяя ее содержимое от окружающей среды. Большинство органоидов клетки покрыты мембраной. Мембрана состоит из 2-х слоев липидов, между которыми расположен слой белка. На мембранах происходят многочисленные биохимические процессы.

Цитоплазма – это полужидкая слизистая бесцветная масса сложного строения. В цитоплазме расположены: 1) ядро; 2) органоиды; 3) включения.

Ядро состоит из: а) хроматина; б) ядрышка; в) ядерного сока; г) ядерной оболочки. Хроматин - интенсивно окрашенные глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра. Они состоят из деспирализованной ДНК и белка. Во время деления клетки ДНК уплотняется и упаковывается с помощью белков-гистонов (структурные белки), превращаясь в хромосомы. Спирализованные участки ДНК не активны - на них не происходит синтез иРНК.

Передача генетической информации осуществляется деспирализованными участками ДНК, когда ядро находится в интерфазе (между делениями). Различают два вида хроматина: эухроматин и гетерохроматин. Эухроматин слабо окрашен, активен, на нем происходит транскрипция иРНК. Гетерохроматин хорошо окрашивается красителями, сильно спирализован, не активен. Перед делением клетки нити хроматина превращаются в хромосомы, а гетерохроматин контролирует степень конденсации (уплотнения) и спирализации хромосом, делая нити ДНК во время деления клетки недоступными для транскрипции и-РНК. В хромосомах участки эухроматина и гетерохроматина чередуются в виде светлых и темных полос.

Гетерохроматин появляется в интерфазном ядре женских клеток. В женском организме имеется две половых Х-хромосомы, одна из которых сильно спирализована и плотно упакована уже на ранних этапах эмбрионального развития и видна в виде глыбки хроматина, прикрепленного к оболочке ядра. В мужском организме имеется только одна половая Х-хромосома, а вторая половая хромосома – У. Благодаря сильной спирализации одной хромосомы у женщин организмы мужчин и женщин уравновешиваются по количеству функционирующих генов. Глыбки хроматина, прикрепленные к оболочке ядра в женских клетках, называются половым хроматином или тельцем Барра.

Половой хроматин имеет диагностическое значение. Отсутствие его в ядрах клеток у женщин и присутствие у мужчин свидетельствует о наследственном заболевании. Определяют половой хроматин путем анализа эпителиальных клеток в соскобе слизистой оболочки щеки или в клетках крови - лейкоцитах.

Ядрышко формируется на определенных хромосомах с генами, кодирующими синтез и-РНК. В нем образуются субчастицы рибосом. Ядрышко обнаруживается только в неделящихся клетках.

Ядерный сок (кариоплазма) - это бесструктурная масса, состоящая из белков, различных РНК, свободных нуклеотидов, аминокислот, продуктов обмена.

Ядерная оболочка состоит из 2-х мембран, пронизанных порами, через которые вещества проникают из цитоплазмы в ядро и выводятся из ядра в цитоплазму.

К органоидам относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, клеточный центр.

Митохондрии - это энергетические станции клетки. Они образуют и накапливают энергию в виде АТФ. Митохондрии имеют 2 мембраны: наружную гладкую и внутреннюю, образующую складки (кристы), что увеличивает их внутреннюю поверхность. На внутренней мембране синтезируется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).

Рибосомы - состоят из 2-х субчастиц: большой и малой, которые состоят из белка и рибосомальной РНК. Между большой и малой частями находится функциональная зона, в которой проходит иРНК. В большой субъединице иРНК образуются полипептидные связи между аминокислотами в процессе синтеза белка.

Клеточный центр - состоит из 2-х центриолей, расположенных под прямым углом друг к другу. Каждая центриоль-цилдиндр, состоящий из 2 триплетов микротрубочек. Клеточный центр растягивает хроматиды (хромосомы) во время деления клетки, обеспечивая равноценное распределение генетического материала между дочерними клетками.

Включения – это непостоянные компоненты клетки. Их можно разделить на несколько групп: трофические (питательные): жиры, углеводы; секреторные (нужные организму): гормоны, ферменты; экскреторные (ненужные и подлежащие выделению из организма): мочевая, кислота и др.; пигментные: меланин (коричневый пигмент).

Строение хромосом

Хромосомы - это интенсивно окрашенное тельце, состоящее из молекулы ДНК, связанной с белками-гистонами. Хромосомы формируются из хроматина в начале деления клеток (в профазе митоза), но лучше их изучать в метафазе митоза. Когда хромосомы располагаются в плоскости экватора и хорошо видны в световой микроскоп, ДНК в них достигают максимальной спирализации.

Хромосомы состоят из 2 сестринских хроматид (удвоенных молекул ДНК), соединенных друг с другом в области первичной перетяжки - центромеры. Центромера делит хромосому на 2 плеча. В зависимости от расположения центромеры хромосомы подразделяются на:

· метацентрические центромера расположена в середине хромосомы и плечи ее равны;

· субметацентрические центромера смещена от середины хромосом и одно плече короче другого;

· акроцентрические - центромера расположена близко к концу хромосомы и одно плечо значительно короче другого.

В некоторых хромосомах есть вторичные перетяжки, отделяющие от плеча хромосомы участок, называемый спутником, из которого в интерфазном ядре образуется ядрышко.

Правила хромосом

1. Постоянство числа. Соматические клетки организма каждого вида имеют строго определенное число хромосом (у человека -46, у кошки- 38, у мушки-дрозофилы - 8, у собаки -78. у курицы -78).

2. Парность. Каждая хромосома в соматических клетках с диплоидным набором имеет такую же гомологичную (одинаковую) хромосому, идентичную по размерам, форме, но неодинаковую по происхождению: одну - от отца, другую - от матери.

3. Индивидуальность. Каждая пара хромосом отличается от другой пары размерами, формой, чередованием светлых и темных полос.

4. Непрерывность. Перед делением клетки ДНК удваивается и в результате получается 2 сестринские хроматиды. После деления в дочерние клетки попадает по одной хроматиде и, таким о6разом, хромосомы непрерывны - от хромосомы образуется хромосома.

Все хромосомы подразделяются на аутосомы и половые хромосомы. Аутосомы - все хромосомы в клетках, за исключением половых хромосом, их 22 пары. Половые - это 23-я пара хромосом, определяющая формирование мужского и женского организма.

В соматических клетках имеется двойной (диплоидный) набор хромосом, в половых - гаплоидный (одинарный).

Определенный набор хромосом клетки, характеризующийся постоянством их числа, размером и формой, называется кариотипом.

Для того чтобы разобраться в сложном наборе хромосом, их располагают попарно по мере убывания их величины, с учетом положения центромеры и наличия вторичных перетяжек. Такой систематизированный кариотип называется идиограммой.

Впервые такая систематизация хромосом была предложена на конгрессе генетиков в Денвере (США, 1960 г.)

В 1971 г. в Париже классифицировали хромосомы по окраске и чередованию темных и светлых полос гетеро-и эухроматина.

Для изучения кариотипа генетики используют метод цитогенетического анализа, при котором можно диагностировать ряд наследственных заболеваний, связанных с нарушением числа и формы хромосом.