Основные положения современной клеточной теории

· Клетка — это элементарная, функциональная единица строения всего живого. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных (встроенных) в системы тканей и органов, связанных друг с другом (кроме вирусов, которые не имеют клеточного строения).

· Клетка — единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц — органелл.

· Клетки всех организмов гомологичны (сопоставимы).

· Клетка происходит только путём деления материнской клетки.

Дополнительные положения клеточной теории:

Для приведения клеточной теории в более полное соответствие с данными современной клеточной биологии список её положений часто дополняют и расширяют. Во многих источниках эти дополнительные положения различаются, их набор достаточно произволен.

· Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны (сопоставимы) друг другу.

· В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации — молекул нуклеиновых кислот ДНК^[1] («каждая молекула из молекулы»). Положение о генетической непрерывности («каждая клетка из клетки»)^[2] распространяется не только на клетку в целом, но и на некоторые из её более мелких компонентов — митохондрии, хлоропласты, гены и хромосомы.

· Клетки многоклеточных тотипотентны, то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — к дифференцировке.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ КЛЕТОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОГО.

Существуют два этапа в эволюции клетки:

1. Химический. Химический этап начался около 4,5 млрд лет назад. Под действием ультрафиолетового излучения, радиации, грозовых разрядов (источники энергии) происходило образование сначала простых химических соединений – мономеров, а затем более сложных – полимеров и их комплексов (углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот).

Главное условие – отсутствие в атмосфере кислорода.

В рамках предбиологического этапа происходило возникновение коацерватов – отделение коллоидов от внешней среды.

Коацерваты обладали избирательной проницаемостью, упорядоченностью частиц и способностью к росту.

2. Биологический. Биологический этап образования клеток начинается с появления про(то)бионтов – обособленных сложных систем, способных к самовоспроизведению, саморегуляции и естественному отбору. Пробионты появились 3-3,8 млрд. лет назад. От пробионтов произошли первые прокариотические клетки – бактерии.

 

ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ КЛЕТКИ. ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК.

Эукариотические клетки произошли от прокариот (1-1,4 млрд. лет назад) двумя путями:

 

1)Путем симбиоза нескольких прокариотических клеток – это симбиотическая гипотеза. Клеткой хозяина мог служить анаэробный организм. Так могли образовываться хлоропласты.

 

2)Путем инвагинации клеточной мембраны. Суть инвагинационной гипотезы заключается в том, что прокариотическая клетка содержала несколько геномов, прикрепленных к клеточной оболочке. Затем происходила инвагинация – впячивание, отшнуровка клеточной мембраны, и эти геномы превращались в митохондрии, хлоропласты, ядро.

КЛЕТКА КАК ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОТОКОВ ВЕЩЕСТВА, ЭНЕРГИИ И ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ.

Поток информации в клетке

Благодаря потоку информации клетка приобретает структуру живого, выработанную эволюцией ее предков. Также поток информации обеспечивает поддержание процессов жизнедеятельности в клетке, передачу информации о клеточной структуре и функциональности в ряду поколений.

В клетке информация хранится в ДНК хромосом, которые у эукариот локализованы в ядре. Такие макромолекулы и структуры как мРНК, тРНК, рибосомы, различные ферменты переносят информацию в цитоплазму и осуществляют ее трансляцию, что можно понимать как реализацию информации.

Синтезированные полипептиды принимают третичную и четвертичную структуру и в основном используются как ферменты или структурные белки.

В потоке информации в клетках эукариот также участвуют геномы митохондрий и хлоропластов.

Поток энергии

Поток энергии в клетке обеспечивается дыхательным обменом, фотосинтезом, хемосинтезом, брожением. Последние три процесса характерны только для определенных групп организмов.

Дыхательный обмен включает реакции расщепления органических веществ: глюкозы, жирных кислот, аминокислот. Энергия, которая выделяется в этих реакциях, идет на синтез высококалорийных молекул АТФ.

Впоследствии энергия АТФ преобразуется в какую-либо работу: осуществляется синтез веществ, поддерживается осмос, движение и др. Так в клетках поперечно-полосатой мускулатуры система, состоящая из сократительных белков и фермента аденозинтрифосфатазы, расщепляет АТФ. Высвобождающаяся при этом энергия используется для выполнения механического движения.

АТФ относится к группе макроэргических соединений. В них энергия, запасенная в химических связях, доступна для использования в биологических процессах.

Главный клеточный органоид дыхательного обмена, а, следовательно, и потока энергии, – митохондрия. В ней происходит окислительное фосфорилирование, приводящее к синтезу большого количества молекул АТФ. Однако в цитоплазме протекает немаловажный этап дыхательного обмена — гликолиз — анаэробное расщепление глюкозы.

При гликолизе глюкоза окисляется не полностью, извлекается лишь около 10% заключенной в ее связях энергии. Продукт гликолиза — пируват — поступает для дальнейшего окисления в митохондрии. Здесь протекает аэробное (с участием молекулярного кислорода) дыхание.

В растительных клетках в потоке энергии также участвует фотосинтез, при котором происходит преобразование энергии света в энергию химических связей.

Энергетические процессы в клетках весьма эффективны. Коэффициент полезного действия митохондрий может достигать 60%.

Поток веществ в клетке

В клетках поток веществ тесно связан с реакциями дыхательного обмена, которые помимо поставки энергии обеспечивают клетку веществами, необходимыми для синтеза разнообразных соединений. Такими строительными блоками являются многие продукты расщепления питательных веществ.

Поток веществ объединяет метаболические пути расщепления и синтеза углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот.

Большое разнообразие строительных блоков поставляет цикл Кребса, функционирующий в матриксе митохондрий. Через него проходят многие соединения, являющиеся промежуточными продуктами синтеза основных молекул клетки.

В цикле Кребса происходит выбор пути превращения определенного соединения, переключение обмена клетки с одного пути на другой, например, с углеводного на жировой.

В общей сложности поток веществ в клетке можно представить как поступление в нее одних веществ, из расщепление, синтез необходимых веществ и выведение из клетки ненужных ей веществ.