Страница 5 из 12
Наряду с большим сходством животных и растительных клеток между ними имеются и существенные отличия, которые можно наблюдать в обычный световой микроскоп. Клетки животных, как правило, имеют очень тонкую, трудно обнаруживаемую нежную белковолипоидную[5] оболочку, благодаря чему их форма легко изменяется. Протоплазма растительных клеток окружена выделяемой ею плотной, упругой оболочкой из целлюлозы (клетчатки), которая придает им более постоянную форму. В клетках животных обнаруживаются рядом с покоящимся ядром особые тельца — центриоли. Они самым непосредственным образом связаны с делением клеток. В клетках, по крайней мере высших растений, центриоли пока что еще не обнаружены, однако процесс деления, как мы узнаем ниже, осуществляется в принципе одинаково у животных и растений.
Рассмотрим органоиды растительных клеток. Важная роль в клетке принадлежит пластидам. В зависимости от выполняемой функции и окраски они делятся на две группы: окрашенные пластиды — хлоропласты и хромопласты, неокрашенные пластиды — лейкопласты и амилопласты. Хлоропласты состоят, как и другие органоиды, из белков и жиров; в состав их входят зеленые гранулы, содержащие пигмент хлорофилл, который придает зеленую окраску листьям и всем зеленым частям растений. Обычно хлоропласты у высших растений распределены равномерно по всей цитоплазме клеток. При ярком свете полуденного солнца они располагаются в слое цитоплазмы, прилегающем к стенкам, перпендикулярным направлению световых лучей. В сумерках хлоропласты рассеиваются по всему телу клетки или же прилегают к стенкам клеток листа.
Биологическая роль хлоропластов огромна. В них происходит синтез органических веществ, прежде всего углеводов, из минеральных солей и воды с участием световой энергии. Этот процесс получил название фотосинтеза.
Если бы все живые существа на земле существовали только за счет имеющихся запасов органических веществ и заключенной в них энергии, то за миллионы лет своего существования они уничтожили бы эти запасы и жизнь на нашей планете исчезла бы. Но жизнь на Земле не только не угасает, а, наоборот, умножается и прогрессирует. Это происходит потому, что беспрерывно образуются органические вещества за счет фотосинтеза.
Вакуоли представляют собой капельки жидкости, которые отчетливо начинают проявляться в цитоплазме в процессе развития и старения клеток растений. В старых клетках мелкие вакуоли сливаются в одну крупную, которая оттесняет цитоплазму с ядром к одной из стенок. В вакуолях концентрируются в растворимом состоянии минеральные соли, сахаристые вещества, а также различные органические кислоты, таннины, пигменты и другие вещества, являющиеся продуктами жизнедеятельности клетки. Пигменты вакуолей придают красную, фиолетовую, синюю окраску лепесткам цветка и некоторым другим частям растения (корнеплодам у свеклы, плодам у баклажана, листьям осенью).
В любой растительной клетке содержится целая вакуолярная система, состоящая из соединенных между собой пузырьков и канальцев.
В животных клетках в настоящее время обнаружен мельчайший органоид, который был назван эндоплазматической сетью (ЭС). По своему строению он несколько напоминает вакуолярную систему растительных клеток. Эндоплазматическая сеть состоит из мембранных полостей, размер и форма которых сильно варьируют, что, вероятно, связано с физиологическими изменениями, происходящими в клетке. Значение эндоплазматической сети еще полностью не установлено. Известно, что этот органоид имеет большую поверхность, на которой расположены рибосомы. Канальцы эндоплазматической сети с одной стороны соединяются с оболочкой клетки, а с другой — с оболочкой ядра. Тесная связь структур эндоплазматической сети с оболочками клетки и ядра, а также с органоидами клетки дает основание считать, что ЭС участвует в таких важных жизненных процессах, как поступление и циркуляция веществ, а также синтез, накопление и секреция органических соединений клетки.
В каждой клетке животных, растений и микроорганизмов, за исключением бактерий и некоторых водорослей, содержится одно, значительно реже два или несколько ядер. Ядра чаще всего имеют округлую или эллиптическую форму.
Содержимое ядра — кариоплазма, как и цитоплазма, представляют собой прозрачное бесцветное образование.
По химическому составу кариоплазма отличается от цитоплазмы. В ядре содержится большое количество (до 50 %) ядерной тимонуклеиновой кислоты и относительно простые белки. Нуклеиновые кислоты в ядре соединены с белками, образуя нуклеопротеиды. Кроме того, в ядре содержатся ферменты, участвующие в синтезе и гидролизе (расщеплении) органических веществ и нуклеиновых кислот.
Хотя многие функции ядра изучены еще далеко не полностью, совершенно ясно, что роль ядра в жизнедеятельности клетки очень велика, сложна и многообразна. Клетки, лишенные ядер, не могут делиться и погибают. В ядрах растительных клеток синтезируется целлюлоза, которая идет на построение оболочек клеток. В них же осуществляется и синтез важнейших органических веществ — нуклеиновых кислот и белков (нуклеопротеидов).
В ядрах, как и в протоплазме, содержатся определенные структуры, выполняющие специальные функции. Так, непременной структурой ядер являются одно или несколько ядрышек, которые в комплексе с ядром участвуют в синтезе нуклеопротеидов. Такой же непременной структурой ядер клеток любого организма являются интенсивно красящиеся тельца — хромосомы, которым принадлежит особая миссия в клетке — управлять ее наследственностью.
Каждая клетка начинает свое индивидуальное существование, будучи наделена всеми задатками своих родителей, и в какой-то момент прекращает это существование, превращаясь в две дочерние клетки, которым она передает по наследству свои качества. Передача наследственных задатков осуществляется путем деления и размножения клеток.
Продолжительность жизни отдельных клеток измеряется днями, неделями, месяцами (клетки крови, эпителиальные клетки и др.), самое большее — десятилетиями (нервные клетки, клетки кости). Клетки, как и организм в целом, могут стареть. Однако все живое способно и омолаживаться. Это омолаживание осуществляется за счет деления клеток. Это же явление лежит в основе процессов роста и развития любых организмов.
Деление клеток — процесс очень сложный и протекает в несколько этапов, или стадий. Этапы клеточного деления пристально изучаются вот уже почти целое столетие со дня их открытия[6]. Сложное деление клетки называется митозом, или кариокинезом.
Сложное деление клетки (митоз).
Пока клетка существует, в ее протоплазме и главным образом в ядре осуществляется интенсивный синтез нуклеопротеидов и накопление энергии в виде энергетических комплексов — АТФ. Этот период жизни клетки называется интерфазным. По мере накопления жизненно необходимых органических веществ и энергии, а также ненужных продуктов жизнедеятельности клетка приступает к делению и, следовательно, к омоложению.
Первая стадия деления интерфазной (покоящейся) клетки называется профазой. Самой характерной особенностью этой стадии является четкое проявление и хорошее окрашивание различными красителями хромосом в ядрах делящихся клеток. В интерфазных ядрах хромосомы, как правило, бывают неразличимы от кариоплазмы, так как они находятся в раскрученном (диспирализованном) состоянии, а интенсивно красящееся вещество — хроматин в этот период бывает равномерно распределен по всей кариоплазме. К началу деления хромосомы свертываются в спиралеобразные структуры и включают в свой состав красящееся вещество хроматин, которое является нуклеопротеидом.
В каждой клетке организма животных и растений содержится строго определенное количество хромосом и все они объединены между собой в пары. Количество хромосом в клетках является систематическим признаком организмов. Например, рожь имеет 14 хромосом, горох — тоже 14, свекла — 18, кукуруза — 20, ель — 24, томат — 24, картофель — 48, мягкая пшеница — 42, твердая пшеница — 28; домашняя муха — 12, пчела — 46, кролик — 44, собака — 78, кошка — 38, корова — 60, лошадь — 60, человек — 46 и т. д.
5
Липоиды — жироподобные вещества.
6
Первым открыл деление клеток растений русский ученый И. Д. Чистяков в 1874 г. Деление животных клеток первым описал чешский ученый П. И. Перемежко в 1878 г.