СОВРЕМЕННАЯ БОТАНИКА - П. РЕЙВН - 1990

РАЗДЕЛ I. РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА

ГЛАВА 2. ЭУКАРИОТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА

Клетки — структурные и функциональные единицы живых организмов (рис. 2-1). Мельчайшие живые организмы состоят из одной клетки. Самые крупные — из миллиардов клеток, каждая из которых выполняет определенную функцию и относительно независима. Идея о том, что все организмы построены из клеток, стала одним из наиболее важных теоретических достижений в истории биологии, поскольку создала единую основу для изучения всех живых существ. На клеточном уровне даже наиболее отдаленные виды весьма схожи по строению и биохимическим свойствам. Клеточная теория была сформулирована в начале XIX в. задолго до создания Дарвином теории эволюции, но эти две фундаментальные концепции тесно связаны между собой. В сходстве клеток мы улавливаем отзвук длительной эволюции, связывающей современные организмы, включая и растения, и нас с вами, с первыми клеточными структурами, возникшими на Земле миллиарды лет назад.

Существует много различных типов клеток. Тело человека состоит более чем из ста типов клеток. В чайной ложке прудовой воды обнаруживается не один одноклеточный организм, а весь пруд, вероятно, населяет несколько сотен их видов. Растения состоят из клеток, внешне совершенно непохожих на клетки человеческого организма, а у насекомых имеются типы клеток, не встречающиеся ни у растений, ни у позвоночных. Таким образом, существенная черта клеток — их разнообразие.

Другой, еще более существенной чертой является их сходство. Каждая живая клетка представляет собой замкнутую и отчасти независимую единицу, окруженную плазматической мембраной, или плазмалеммой (часто называемой просто клеточной мембраной), которая контролирует транспорт веществ и обеспечивает структурную и биохимическую обособленность клетки от окружающей среды. Внутреннее пространство клетки заполнено цитоплазмой, которая у большинства клеток содержит ряд органелл и растворенные или суспендированные вещества. Кроме того, каждая клетка содержит ДНК, в которой закодирована генетическая информация (см. гл. 8). Генетический код одинаков у всех организмов, будь то бактерия, дуб или человек.

Прокариоты и эукариоты

Все организмы можно разделить на две основные группы: прокариоты и эукариоты. Эти термины происходят от греческого слова karion, означающего ядро (ореха). Термин прокариота означает «доядерный», а эукариота — «имеющий хорошее, или настоящее, ядро».

Прокариот называют также бактериями. К ним относятся и цианобактерии, или сине-зеленые водоросли (см. гл. 11). Основное отличие прокариотических клеток от эукариотических заключается в том, что их ДНК не организована в хромосомы — сложные, содержащие белок структуры — и не окружена мембраной (рис. 2-2). У бактерий отсутствуют и другие мембранные структуры, выполняющие определенные функции.

Рис. 2-2. Бактерия Escherichia coli — обычный и, как правило, безвредный обитатель пищеварительного тракта человека, пример прокариотической клетки. Этот палочковидный организм имеет клеточную оболочку, плазматическую мембрану и цитоплазму. Видны две разделившиеся клетки, которые полностью еще не отделились друг от друга. ДНК находится в менее гранулярном участке — нуклеоиде, расположенном в центре клетки. Из-за многочисленных рибосом, в которых осуществляется синтез белка, цитоплазма выглядит гранулярной. Рибосомы — маленькие тельца диаметром около 20 нм

Эукариотические клетки разделены на отдельные компартменты (отсеки) (рис. 2-1). ДНК, связанная с белком, организована в хромосомы, которые располагаются в ядре, окруженном двойной мембраной (ядерной оболочкой). Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических.

Рис. 2-1. Слева — поперечный срез растительной клетки (обкладки проводящего пучка листа кукурузы Zea mays) под электронным микроскопом. На рисунке справа обозначены некоторые клеточные структуры. Ядро — вместилище генетической информации (видно внизу, справа). В ядре хорошо различимо ядрышко. Видны также хлоропласты (органеллы, в которых осуществляется фотосинтез) и митохондрии (органеллы, в которых питательные вещества расщепляются с выделением и запасанием энергии). Некоторые хлоропласты содержат светлые овальные зерна крахмала

Разделение эукариотических клеток на компартменты осуществляется с помощью мембран. Мембраны клеток различных организмов, видимые в электронный микроскоп, выглядят трехслойными (рис. 2-3). Два темных слоя толщиной около 25А каждый разделены более светлым слоем толщиной около 35А. Для обозначения мембраны с трехслойной организацией употребляют термин элементарная мембрана.

Рис. 2-3. При большом увеличении клеточная мембрана выглядит трехслойной (темный — светлый — темный слой). На фотографии можно увидеть плазматические мембраны (отмечены стрелками) по обе стороны от общей оболочки между двумя клетками эндодермы листа папоротника Vinaria guiñe- ensis. Такие мембраны называют элементарными