Атомы кислорода, углерода, водорода и азота заполняют 98% фн. ячеек
клеточных подсистем. 1,9% предоставлены атомам калия, серы, фосфора, хлора,
магния, натрия, кальция и железа. Менее 0,1% фн. ячеек занято прочими
веществами (микроэлементами). Различные сочетания указанных элементов дают
несколько типов внутриклеточных подсистемных образований, которые каждая
клетка включает в свои фн. ячейки в качестве фщ. единиц в следующих пропорциях
(в %):
Неорганические
вода70 - 80
неорганические
вещества1,0 - 1,5
Органические
белки10 - 20
жиры1,0 - 5,0
углеводы0,2 - 2,0
нуклеиновые кислоты1,0 - 2,0
АТФ и др. низкомолеку-
лярные органические
вещества0,1 - 0,5

Все указанные вещества, сами сложные в структурном отношении, не нагромождены
в клетке вместе в хаотическом беспорядке, а в качестве фщ. единиц заполняют
расположенные в строго определенном порядке предназначенные для каждого из них
фн. ячейки ее единой структуры. Функционируя, они проделывают свои четко
определенные микродвижения внутри микрообъема пространства клетки,
регулируемые соответствующими внутриклеточными алгоритмами, при этом
существует безусловная связь этих движений в пространстве как с абсолютным,
так и с относительным течением времени. Каждое из веществ клетки в качестве
фщ. единицы несет строго определенную функцональную нагрузку и имеет свои,
регламентируемые соответствующими алгоритмами, периоды функционирования. Все
их разнообразное сочетание представляет собой единый тонко отрегулированный
клеточный механизм.
К наиболее простым структурным внутриклеточным образованиям относятся
углеводы, жиры, липоиды. Фн. ячейки их структур заполняют, в основном, атомы
углерода, водорода и кислорода. Функция углеводов наиболее проста. Распадаясь
на CO2 и воду с выделением из 1 грамма 4,2 ккал энергии, они обеспечивают
основной массой этих фщ. единиц соответствующие фн. ячейки структуры клеток.
Роль жировых соединений более сложна. Они придают клеткам гидрофобные
(водоотталкивающие) свойства, являются теплоизоляторами. В случае
необходимости, они, как и углеводы, являются источником аккумулированной
энергии, расщепляясь до CO2 и H2O. Расщепление 1 грамма жира дает 9,3 ккал.
Еще более сложными структурными образованиями являются белки. Помимо
углерода, водорода и кислорода в фн. ячейках их структур имеются также атомы
азота, серы и других веществ. Белки являются макромолекулами, объединяющими
десятки, сотни тысяч атомов. (Так, если молекулярная масса бензола равна 78,
то белка яйца - 36.000, белка мышц - 1.500.000 и т.д.).
Системная организация белков имеет свои особенности. Входящие в них атомы
заполняют предназначенные для них фн. ячейки не по одному, а целыми
аминокислотными блоками, имеющими устойчивый характер внутрисистемной связи.
Всего таких фщ. единиц - блоков 20. Все они имеют различную системную
структуру и выполняют различные функции. Поэтому образование белков носит
поэтапный характер. Вначале образуются аминокислоты, которые посредством
пептидных связей соединяются в белковые цепи с выделением воды. В среднем
каждая белковая цепь содержит до 200 - 300 аминокислотных блоков в различных
сочетаниях. Достаточно в цепи заменить один тип аминокислоты на другой, как
вся структура данного белка, а с ней и его функциональные свойства, меняются.
Структура белковой цепи аминокислотных блоков имеет форму глобул, что придает
длинным цепям белка компактный вид и мобильность при пространственном
перемещении. В укладке полипептидной цепи нет ничего случайного или
хаотичного, каждому белку присущ определенный, всегда постоянный характер
укладки. Иными словами, структура каждого белка имеет строго определенное
пространственное расположение ее фн. ячеек, которые заполняются строго
соответствующими им фщ. единицами - аминокислотными блоками. При этом каждая
структура белка, будучи фщ. единицей в системе более высокого порядка и
занимая в ней соответствующую ей фн. ячейку, выполняет там свою, присущую
только ей, функцию. Как правило, белковые структуры являются активнейшими
реагентами химических реакций, постоянно протекающих внутри клетки, и поэтому
наиболее велика их роль в качестве катализаторов этих реакций. Почти каждая
химическая реакция в клетке катализируется своим особым белком - ферментом,
каталитическая активность которого определяется небольшим участком - его
активным центром (сочетанием аминокислотных радикалов). Структура активного
центра фермента и структура субстрата точно соответствуют один другому. Они
подходят друг к другу как ключ к замку. Благодаря наличию структурного
соответствия между активным центром фермента и субстратом они могут тесно
сблизиться между собой, что и обеспечивает возможность реакции между ними.
К другим важным внутриклеточным образованиям следует отнести нуклеиновые
кислоты: дезоксирибонуклеиновую - ДНК и рибонуклеиновую - РНК. Их основная
функция состоит в обеспечении процесса синтеза белков клетки. Длина молекулы
ДНК в сотни и тысячи раз больше самой крупной белковой молекулы и может
достигать нескольких десятков и сотен микрометров, в то время как длина самой
крупной белковой молекулы не превышает 0,1 мкм. Ширина двойной спирали ДНК
всего 20 . Молекулярная масса составляет десятки и даже сотни миллионов.
Каждая цепь ДНК - полимер, мономерами которого являются молекулы четырех типов
нуклеотидов. Иными словами, ДНК - это полинуклеотид, в цепи которого в строго
определенном и для каждой ДНК всегда постоянном порядке следуют нуклеотиды,
являющиеся таким образом фщ. единицами в структуре фн. ячеек ДНК. Поэтому,
если хотя бы в одной из фн. ячеек будет помещена иная фщ. единица - нуклеотид,
фн. свойства всей структуры изменятся. В каждой цепи ДНК (средний мол. вес 10
млн.) содержится до 30 тыс. нуклеотидов (мол. вес 345), вследствие чего
количество изомеров (при 4 типах нуклеотидов) очень велико.
Благодаря принципу комплементарности, лежащему в основе построения двойной
спирали ДНК, молекула ДНК способна к удвоению. Во время этого процесса две
цепи разъединяются, образуя при этом две двойные цепи фн. ячеек, у которых
лишь один ряд заполнен фщ. единицами, а другой становится свободным. На
следующем этапе неассоциированные нуклеотиды из околосистемной среды заполняют
соответствующие им свободные фн. ячейки в обеих спиралях. В результате
редупликации вместо одной молекулы ДНК возникает две такого же точно
нуклеотидного состава, как и первоначальная. Одна цепь в каждой вновь
образовавшейся молекуле ДНК остается от первоначальной молекулы, другая
синтезируется вновь. Таким путем вместе со структурой происходит передача фн.
свойств ДНК от материнской клетки к дочерней.
Графически это выглядит следующим образом:
Молекулы РНК также являются полимерами, как и ДНК, но в отличие от них имеют
одну спираль фн. ячеек, а не две. РНК выполняет в клетке ряд функций, в том
числе
1) транспортную (транспортируют аминокислотные блоки к месту синтеза
белков);
2) информационную (переносят информацию о структуре белка);
3) рибосомную.
Еще одним очень важным нуклеотидом в структуре живой клетки является
аденозинтрифосфорная кислота - АТФ, содержание которой в клетках колеблется от
0,04 до 0,2 - 0,5%. Его особенность состоит в том, что при отщеплении одной
молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту) с
выделением 40 кдж энергии с 1 гр-молекулы.
Все указанные выше органические вещества являются сложными по своей
структуре и системной организации образованиями, но и они, в свою очередь,
входят в качестве фщ. единиц в фн. подсистемы интегрированной системы клетки.
К числу основных подсистем клетки отосятся следующие:
Наружная мембрана клетки. Регулирует поступление ионов и молекул в
структуру клетки и выход их из нее в околосистемную среду. Такой обмен
молекулами и ионами, то есть различными фщ. единицами, между системой клетки и
внешней средой происходит постоянно. Различают фагоцитоз - поглощение
мембраной крупных частичек вещества и пиноцитоз - поглощение воды и водного
раствора. Через наружную мембрану из клетки выводятся продукты ее
жизнедеятельности, то есть отфункционировавшие в подсистемах клетки фщ.
единицы.
Цитоплазма. Внутренняя полужидкая среда клетки, в системном объеме которой
развернута внутренняя структура клетки, то есть ее ядро, все органоиды (или
органеллы), включения и вакуоли. Цитоплазма состоит из воды с растворенными
солями и разнообразными органическими веществами, среди которых преобладают
белки. Структура цитоплазмы состоит из фн. ячеек, не связанных жестко и
свободно перемещающихся во всем ее объеме. Заполняющие их фщ. единицы, когда
это необходимо, переходят из них в фн. ячейки органоидов. Поэтому основными
функциями цитоплазмы являются аккумулятивная и транспортная.
Эндоплазматическая сеть. Органоид клетки, представляющий собой сложную
систему каналов и полостей, пронизывающих всю цитоплазму клетки. На мембранах
гладкой эндоплазматической сети происходит синтез жиров и углеводов, которые
накапливаются в аккумулятивных фн. ячейках ее каналов и полостей, а затем
транспортируются к различным органоидам клетки, где они в качестве фщ. единиц
занимают соответствующие фн. ячейки их структур. На мембранах каналов и
полостей располагается также множество мелких округлых телец-рибосом.
Каждая рибосома состоит из двух мелких частиц, в состав которых входят
белки и РНК. В каждой клетке содержится по нескольку тысяч рибосом. На
рибосомах синтезируются все белки, входящие в состав данной клетки, путем
сборки белковых молекул из аминокислот, имеющихся в цитоплазме. Синтез белков
- это сложный процесс заполнения аминокислотными блоками соответствующих фн.
ячеек их структур, который осуществляется одновременно группой из нескольких
десятков рибосом, или полирибосомой. Синтезированные белки сначала
накапливаются в каналах и полостях гранулярной эндоплазматической сети, а
затем транспортируются к тем подсистемам клетки, где расположены
предназначенные для них фн. ячейки. Эндоплазматическая сеть и полирибосомы
представляют собой единый механизм биосинтеза, аккумулирования и
транспортировки белков.
Митохондрии. Органоид, основная функция которого состоит в синтезе АТФ,
представляющей универсальный источник энергии, необходимой для осуществления
постянно протекающих внутри клетки химических процессов. Количество
митохондрий в клетке колеблется от нескольких до сотен тысяч. Внутри
митохондрий находятся рибосомы и нуклеиновые кислоты, а также большое
количество разнообразных ферментов. Синтезированная АТФ заполняет транспортные
фн. ячейки цитоплазмы и направляется к ядру и органоидам клетки.
Пластиды. Органоиды растительных клеток. Бывают различных типов. С помощью
одного из них - хлоропластов, благодаря входящему в их состав пигменту
(хролофиллу), клетки растений способны, используя световую энергию Солнца,
синтезировать из неорганических веществ органические (углеводы). Этот процесс,
как известно, носит название фотосинтеза.
Комплекс Гольджи. Органоид всех растительных и животных клеток, в котором
происходит накопление белков, жиров и углеводов с последующей их
транспортировкой в соответствующие фн. ячейки как внутри клетки, так и вне ее.
Лизосомы. Органоид, имеющийся во всех клетках и состоящий из комплекса
ферментов, способных расщеплять белки, жиры и углеводы. В этом заключается
основная функция лизосом. В каждой клетке сосредоточены десятки лизосом,
участвующих в расщеплении уже отфункционировавших или аккумулятивных системных
образований, а также тех, которые попадают в клетку извне путем фагоцитоза и
пиноцитоза. В результате расщепления фщ. единицы покидают фн. ячейки
расщепляемых структур, собираются в фн. ячейках аккумулятивных систем данной
клетки, а затем транспортируются в фн. ячейки ее новых системных образований.
Расщепленные с помощью лизосом отфункционировавшие структуры клетки удаляются
за ее пределы. Образование новых лизосом происходит в клетке постоянно.
Ферменты, функционирующие в лизосомах, как и всякие другие белки,
синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по каналам
эндоплазматической сети к комплексу Гольджи, в полостях и трубочках которого
формируются фн. ячейки структур лизосом. Сформировавшись, лизосомы отделяются
от концов трубочек и поступают в цитоплазму.
Клеточный центр. Органоид, расположенный в одном из участков уплотненной
цитоплазмы. В него входят две центриоли, играющие важную роль при делении
клетки.
Структура клеток содержит и другие органоиды: жгутики, реснички и т.п., а
также клеточные включения (углеводы, жиры, белки).
Вместе с тем, клетки, будучи сами по себе очень сложными системными
образованиями, в свою очередь являются фщ. единицами, заполняющими фн. ячейки
гиперсистем последующих уровней организации Материи. Вследствие этого в
системной организации клеток предусмотрен механизм, позволяющий за
сравнительно короткий период времени создавать аналогичные им системные
формирования. В результате клеточный цикл включает два периода:
1) Деление (митоз), в процессе которого образуются две дочерние клетки;
2) Период между двумя делениями - интерфаза - собственно время
функционирования клетки.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34