Краткое содержание главы

Почти все крупные организмы состоят из микроскопических единиц, называемых клетками, в которых содержатся еще более мелкие единицы - органеллы. Исследуя сложное строение клеток, биологи иммобилизуют (фиксируют) их при помощи какого-нибудь химического фиксатора, заливают в соответствующую среду в парафин или пластмассу, приготовляют с помощью микротома тонкие срезы, окрашивают эти срезы различными красителями, дающими возможность выявить те или иные структуры, и затем изучают их либо в световом микроскопе, обеспечивающем тысячекратное увеличение, либо в электронном микроскопе при увеличении приблизительно в миллион раз. Для того чтобы уяснить себе химическую роль и определить характер биологической активности исследуемых структурных единиц, каждую из таких единиц требуется получить в чистом виде и в достаточно больших количествах. С этой целью обычно разрушают большое число клеток, а затем выделяют каждый тип органелл из полученного гомогената в виде осадка, выпадающего при центрифугировании с постепенно возрастающим числом оборотов. Осажденные таким путем органеллы можно затем собрать и подвергнуть анализу, чтобы изучить их химическую природу и выявить свойственную им биохимическую активность.

Растительные клетки диаметром около 50 мкм содержат ядро, в котором находится большая часть наследственной информации клетки. Эта информация хранится здесь в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), сосредоточенной в палочковидных структурах, называемых хромосомами. При каждом клеточном делении (митозе) хромосомы делятся, расщепляясь по всей длине надвое, благодаря чему обе дочерние клетки получают одинаковое число хромосом и качественно одинаковую ДНК. Половому воспроизведению предшествует специальное редукционное деление {мейоз), приводящее к появлению гаплоидных клеток, т. е. клеток с вдвое меньшим числом хромосом, чем в обычном диплоидном наборе. Когда эти половые клетки (гаметы) в процессе оплодотворения сливаются в зиготу, диплоидное число хромосом восстанавливается.

Отдельные участки молекулы ДНК - гены - определяют природу клеточных белков. Она закодирована в них посредством специфического расположения четырех видов нуклеотидов, в молекуле которых содержится одно из четырех азотистых оснований - аденин (A), тимин (T), гуанин (G) или цитозин (C). Три последовательно расположенных нуклеотида определяют, какая из двадцати аминокислот включится в растущую полипептидную цепь. Белки синтезируются на поверхности рибосом, построенных из двух субчастиц и состоящих в основном из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и белка. К рибосомам прикрепляются цепи особой информационной, или матричному РНК (мРНК). Эти цепи мРНК синтезируются на ДНК-матрице в процессе транскрипции и несут в себе основную заключенную в ДНК информацию, но теперь уже записанную при помощи другого нуклеотидного алфавита, а именно алфавита РНК- Третий тип РНК - это транспортная РНК (тРНК). Транспортная РНК присоединяется к отдельным аминокислотам и переносит их к комплексу рибосома - мРНК, где данная аминокислота включается в процессе трансляции в растущую полипептидную цепь, состоящую из аминокислот, соединенных пептидным" связями.

Многие из синтезируемых белков - ферменты, т. е. специфические катализаторы определенных клеточных реакций. Фермент может быть представлен одним только белком или он может состоять из белка и прикрепленного к нему сравнительно небольшого кофермента, в состав которого входят определенные металлы или витамины. Одни ферменты содержатся в органеллах, а другие в свободном виде присутствуют в цитоплазме клетки.

Растительные клетки окружены полужесткой клеточной стенкой, построенной в основном из целлюлозы, но содержащей также различные гемицеллюлозы, желеобразные пектиновые вещества (скрепляющие клетки друг с другом), лигнин (в одревесневших тканях) и суберин (в клетках коры).

Изнутри к клеточной стенке примыкает избирательно проницаемая плазматическая мембрана - плазмалемма, окружающая всю цитоплазму и состоящая из белков и фосфолипидов. Отдельные органеллы, например хлоропласты (центры фотосинтеза) и митохондрии (в которых протекает процесс дыхания),, также окружены мембраной. Почти все части клетки пронизывает система взаимосвязанных секреторных мембран - эндо- плазматический ретикулум. Стопки мембранных дисков - аппарат Гольджи или диктиосомы, - принимают, по-видимому" участие в образовании вакуолей, также ограниченных мембраной (тонопластом) и содержащих раствор различных органических и неорганических веществ. Внутреннюю структуру мембран изучают методом замораживания - травления. Клетки при этом замораживают и раскалывают тупым ножом. Раскалываются они вдоль естественных поверхностей, обычно вдоль мембран. После этого лед удаляют возгонкой под вакуумом и обнажившиеся участки напыляют углем или металлом.

В хлоропластах и митохондриях имеется своя ДНК, которая вместе с ядерной ДНК определяет полный набор ферментов, ответственных за перенос электронов от более восстановленных к более окисленным переносчикам. Во время этого процесса происходит запасание энергии в форме особых химических связей аденозинтрифосфата (АТР). АТР синтезируется из аденозиндифосфата (ADP) и неорганического фосфата (P₁). В дополнительной фосфатной связи, возникающей при этой реакции, как раз и запасается та энергия, которая высвобождается при переносе электронов. Впоследствии при распаде АТР на ADP и P₁ энергия, заключенная в третьей фосфатной связи, снова высвобождается. Таким образом, функция АТР состоит в том, чтобы поставлять энергию для той химической работы, которая должна совершаться в клетке.