Химическая основа процессов жизнедеятельности

 

4.1 Общие свойства  клеток

 

Клетка  - элементарная часть организма, способная к  самостоятельному существованию, самовоспроизводству  и развитию.  Клетка  - основа строения и жизнедеятельности всех живых  организмов и растений.

В любой  клетке  различаются две основные части  — ядро и цитоплазму, в которых, в свою очередь, можно выделить структуры, различающиеся по форме, размерам, внутреннему  строению, химическим свойствам и  функциям. Одни из них — так называемые органоиды — жизненно необходимы  клетке  и обнаруживаются во всех  клетках . Другие — продукты активности  клеток , представляют временные образования. В специализированных структурах осуществляется разделение различных биохимических функций, что способствует осуществлению в одной и той же  клетке  различных процессов, включающих синтез и распад многих веществ.

В ядерных органоидах — хромосомах, в их основном компоненте — ДНК, хранится вся генетическая информация о строении белков, свойственных организму определённого вида. Другое важнейшее свойство ДНК — способность  к самовоспроизведению, что обеспечивает как стабильность наследственной информации, так и её непрерывность — передачу следующим поколениям. На ограниченных участках ДНК, охватывающих несколько  генов, как на матрицах, синтезируются  рибонуклеиновые кислоты — непосредственные участники синтеза белка. Перенос (Транскрипция) кода ДНК происходит при синтезе информационных РНК (и-РНК).

Синтез белка  представляется как считывание информации с матрицы РНК. В этом процессе, называемом трансляцией, принимают  участие транспортные РНК (т-РНК) и специальные органоиды — рибосомы, образующиеся в ядрышке. Размеры ядрышка определяются главным образом потребностью  клетки  в рибосомах; поэтому особенно велико оно в клетках , интенсивно синтезирующих белок. Синтез белка — конечный итог реализации функций хромосом — осуществляется главным образом в цитоплазме. Белки — ферменты, детали структур и регуляторы разных процессов, включая и транскрипцию — определяют в конечном счёте все стороны жизни клеток , позволяя им сохранять свою индивидуальность, несмотря на постоянно меняющееся окружение. Если в бактериальной клетке  синтезируется около 1000 различных белков, то почти в любой клетке   человека  — свыше 10000. Таким образом, разнообразие внутриклеточных процессов в ходе эволюции организмов существенно увеличивается. Оболочка ядра, отделяющая его содержимое от цитоплазмы, состоит из двух мембран, пронизанных порами — специализированных участков для транспорта некоторых соединений из ядра в цитоплазму и обратно. Другие вещества проходят сквозь мембраны путём диффузии или активного транспорта, требующего затрат энергии. Многие процессы происходят в цитоплазме  клетки  при участии мембран эндоплазматической сети — основной синтезирующей системы клетки , а также комплекса Гольджи и митохондрий. Отличия мембран разных органоидов определяются свойствами образующих их белков и липидов. К некоторым мембранам эндоплазматической сети прикреплены рибосомы; здесь происходит интенсивный синтез белка. Такая гранулярная эндоплазматическая сеть особенно развита в клетках , секретирующих или интенсивно обновляющих белок, например у человека  в клетках печени, поджелудочной железы, нервных клеток . В состав других биологических мембран, лишённых рибосом, входят ферменты, участвующие в синтезе углеводно-белковых и липидных комплексов. В каналах эндоплазматической сети могут временно накапливаться продукты деятельности  клеток ; в некоторых клетках по каналам происходит направленный транспорт веществ. Перед выведением из  клетки , вещество концентрируется в пластинчатом комплексе (комплексе Гольджи). Здесь обособляются различные включения клетки , например секреторные или пигментные гранулы, образуются лизосомы — пузырьки, содержащие гидролитические ферменты и участвующие во внутриклеточном переваривании многих веществ. Система окруженных мембранами каналов, вакуолей и пузырьков представляет единое целое. Так, эндоплазматическая сеть может без перерыва переходить в мембраны, окружающие ядро, соединяться с цитоплазматической мембраной, формировать комплекс Гольджи. Однако связи эти нестабильны. Нередко, а во многих  клетках обычно разные мембранные структуры разобщены и обмениваются веществами через гиалоплазму. Энергетика  клетки  во многом зависит от работы митохондрий. Число митохондрий в клетках разного типа колеблется от десятков до нескольких тысяч. Например, в печёночной  клетке   человека  около 2 тыс. митохондрий; их общий объём не менее 20% объёма  клетки . Внешняя мембрана митохондрии отграничивает её от цитоплазмы, на внутренней — происходят основные энергетические превращения веществ, в результате которых образуется соединение, богатое энергией, — аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный переносчик энергии в клетках . Митохондрии содержат ДНК и способны к самовоспроизведению; однако автономность митохондрий относительна, их репродукция и деятельность зависят от ядра. За счет энергии АТФ в клетках осуществляются различные синтезы, транспорт и выделение веществ, механическая работа, регуляция процессов и т.д. В делении  клеток, а иногда и в их движении, участвуют структуры, имеющие вид трубочек субмикроскопических размеров. «Сборка» таких структур и их функционирование зависят от центриолей, при участии которых организуется Веретено деления  клетки , с чем связано перемещение хромосом и ориентация оси деления клетки . Базальные тельца — производные центриолей — необходимы для построения и нормальной работы жгутиков и ресничек — локомоторных и чувствительных образований клетки , строение которых у простейших и в различных клетках многоклеточных однотипно.

От внеклеточной среды  клетка  отделена плазматической мембраной, через которую происходит поступление ионов и молекул  в  клетку  и выведение их из  клетки. Отношение поверхности клетки  к ее объему уменьшается с увеличением объема, и чем крупнее клетка , тем более затруднены ее связи с внешней средой. Величина  клетки . не может быть особенно большой.

Для живых  клеток  характерен активный транспорт ионов, требующий затраты энергии, специальных  ферментов и, возможно, переносчиков. Благодаря активному и избирательному переносу в  клетку  одних ионов  и непрерывному удалению из нее других, создается разность концентраций ионов  в  клетке  и окружающей среде. Этот эффект может быть обусловлен и связыванием ионов компонентами  клетки . Многие ионы необходимы как активаторы внутриклеточных синтезов и как стабилизаторы структуры органоидов. Обратимые изменения соотношения ионов в клетке  и среде лежат в основе биоэлектрической активности  клетки  — одного из важных факторов передачи сигналов от одной клетки  к другой. Образуя вмятины, которые затем замыкаются и отделяются в виде пузырьков внутрь  клетки , плазматическая мембрана способна захватывать растворы крупных молекул или даже отдельные частицы величиной в несколько мкм. Так осуществляется питание некоторых клеток , перенос веществ через клетку , захват бактерий фагоцитами. Со свойствами плазматической мембраны связаны и силы сцепления, удерживающие во многих случаях клетки  друг около друга, например в покровах тела или внутренних органах. Сцепление и связь клеток  обеспечиваются химическим взаимодействием мембран и специальными структурами мембраны — десмосомами.

 

4.2 Процесс роста

 

Абсолютными показателями роста организма являются повышение  в нем общего количества белка  и увеличение размеров костей. Общий  рост характеризуется увеличением  длины тела, зависящим от роста  и развития скелета, что, в свою очередь, является одним из основных показателей  здоровья и физического развития ребенка.

В развитии эмбриона человека наблюдаются структуры, не имеющие значения в его будущей жизни, например, в предстадии почек и половых органов, копчиковые кости – остатки хвоста, так называемые жаберные щели – «напоминание» о земноводной стадии нашего развития и многие другие. Обычно эти первобытные структуры, преобразуясь в процессе развития в материнской утробе, приобретают позднее другие функции. Например, сердце человека образуется из двух параллельных частей, постепенно соединяющихся затем в единое целое.

 Известно, что на ранней стадии развития  эмбриона особенно активно протекают  процессы деления и созревания  клеток. Одномесячный эмбрион размером  в 1 см на третьем месяце  достигает размера 9 см. Каждая  клетка интенсивно размножается. Заложены основы важнейших систем  организма. Рождением не заканчивается процесс развития человека, даже с биологической точки зрения. Многие системы и органы еще не достигли зрелости (печень, иммунная система, кроветворение, костный аппарат), а половым органам до достижения их функциональной способности требуется еще по крайней мере добрый десяток лет.

Непосредственно после рождения происходит адаптация  к новой жизненной среде.

Изменяется  система кровообращения, приспосабливаясь к процессу дыхания легких. Пустые легочные альвеолы заполняются газом, изменяя тем самым сопротивление току жидкости.

При рождении стенки обоих желудочков сердца одинаковы  и лишь позже увеличивается масса  левого желудочка. Прекращается шунтирующая  связь между венозным и артериальным кровообращением, существовавшая в  утробе из-за неспособности легких обогатить кровь кислородом. Кровеносные  сосуды, связывавшие плод с материнской  плацентой (пупочные сосуды), пустеют. Постепенно включается система терморегуляции новорожденного, во все большем объеме начинают функционировать и органы чувств.

Процесс роста означает не только прирост  мускулатуры и жировой ткани, но и постоянные изменения параметров скелета. Его окончательное формирование не заканчивается с появлением человека на свет. Длинные трубчатые кости  рук и ног имеют хрящевидные буферные зоны (эпифизы) свободные от солей кальция. В них клетки могут продолжать деление, что и приводит к увеличению размеров скелета. Приблизительно в 20-летнем возрасте линии эпифизарных хрящей закрываются, происходит окостенение таких зон роста, после чего становится невозможным увеличение размеров скелета.

Клетки не могут быть крупнее некоторых максимальных размеров, рост организма возможен только за счет увеличения числа клеток. Последнее достигается с помощью митоза - клеточного деления, при котором сначала на две части делится ядро, а затем цитоплазма.

Каждая  из двух клеток, образовавшихся в результате митоза, вдвое меньше исходной. Поэтому прежде чем приступить к следующему делению, клетки должны пройти период роста, в ходе которого у них удваивается число органелл и пополняется количество цитоплазмы. Лишь после восстановления нормальных размеров клетки готовы к следующего делению.

Форма и  размеры клеток зависят от их функции. Тело человека построено из клеток нескольких сот разных типов, которые  по их способности к делению можно  разбить на три категории. Наивысшей  митотической активностью обладают клетки обновляющихся тканей, названных  так потому, что они постоянно  обновляются на клеточном уровне. Например, эпидермальные клетки делятся, находясь в базальном слое кожи; затем по мере продвижения к поверхности кожи они дифференцируются, а оказавшись на поверхности, отмирают и слущиваются, прожив лишь несколько недель. Эпителиальные клетки, выстилающие пищеварительный тракт, иногда живут всего несколько дней, после чего отмирают и выводятся с фекальными массами. Сперматозоидам, яйцеклеткам и клеткам крови уготована та же судьба: они рождаются, стареют и гибнут, и процесс замены их новыми клетками повторяется многократно.

Клетки  второй категории способны к митозу, но потенциально могут существовать до тех пор, пока жив организм в  целом. Такие клетки составляют т.н. разрастающиеся ткани: они растут только в период роста всего тела, а  после того, как организм достигает  окончательных размеров, митотическая активность прекращается. Разрастающиеся ткани образуют многие внутренние органы - печень, почки и железы, как эндо-, так и экзокринные.

К третьей  категории относятся клетки, которые  по окончании ранних стадий развития совершенно утрачивают способность  к делению. Примерами могут служить  клетки таких тканей, как нервная  и мышечная. Хотя эти клетки могут  оставаться живыми до тех пор, пока жив организм, они настолько высокоспециализированы, что митоз для них невозможен. Именно поэтому сердце и головной мозг не способны к регенерации. Их клетки могут увеличиваться в размерах, но не в числе, и эти органы расходуют в процессе развития весь запас эмбриональных клеток, которые могли бы обеспечить в дальнейшем восстановление поврежденной ткани.

 

Выводы  по разделу четыре

 

В процессе роста  имеет место усложнение строения, которое называется морфологической дифференцировкой тканей, органов и их систем; изменяется форма органов и всего организма; совершенствуются и усложняются функции и поведение.

Увеличение  размеров происходит либо за счет уже  имеющихся клеток (гипертрофия), либо за счет типичного для процесса роста  новообразования клеток. Внутренние органы, например, увеличиваются пропорционально росту всего организма.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Итак, жизнедеятельность — это совокупность процессов, протекающих в живом организме, служащих поддержанию в нём жизни и являющихся проявлениями жизни.

Кле́тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. На уровне клетки проявляются такие свойства живого, как обмен веществ и превращение энергии, авторегуляция, размножение, рост и развитие, реагирование на раздражение и т. п. В меньших единицах материи эти свойства не проявляются. Если выделить из клетки митохондрии, рибосомы, ядро, хлоропласты, то они будут способны некоторое время выполнять свои функции, но эти функции сами по себе не составляют жизнь. Только целостная клетка способна поддерживать жизнь во всех ее проявлениях.

Исследования  клетки имеют большое значение для  профилактики и лечения заболеваний как самого человека, так и растений, животных.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

Филиппович Ю.Б., Ковалевская Н.И., Севастьянова Г.А. Биологическая химия: Учеб.пособие для студентов высш.учеб.заведений; Под ред. Н.И. Ковалевской. – М.: Издательский цент «Академия», 2005 – 256с.

Жеребцов Н.А., Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия: Учебник. – Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 2002. – 696 с.

Сайты: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/

Вся биология –  Современная биология, научные обзоры, новости науки: http://www.sbio.info/index.php