Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации жизни

Живые организмы, населяющие Землю, состоят из клеток. В процессе эволюции органического мира оказалась клетка единственной системой, в которой возможно проявление всех закономерностей и свойств живой материи: рост и размножение, поглощение и выделение различных веществ, дыхание и раздражимость, обмен веществ и наследственность.

Клетки растут и функционируют по счет питательных веществ, которые они получают путем автотрофного или гетеротрофного питания. В результате этих процессов они изымают, превращают и используют внешнюю энергию.

Клетки имеют свою систему саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности.

1.2.1. Клетка как элементарная структурно-функциональная единица живого

Клетка - простейшая биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Это динамично стойка открытая система, которая состоит из многих взаимосвязанных элементов, функционирования которых не только определяет жизнедеятельность клетки, но имеет значение для организма как целого. Клетка обеспечивает свою целостность и самовоспроизводство за счет веществ и энергии, которые получает извне. Клетка есть основой строения прокариот, одноклеточных, грибов, растений и животных. В отношении прокариот и простейших понятия "клетка" и "организм" збігаються. их называют одноклеточными. Одноклеточными являются также некоторые виды водорослей и грибов. Большинство растений и животных состоят из многих клеток, они называются багатоклітинними. У многоклеточных организмов клетки образуют ткани, входящие в состав органов. Жизнедеятельность клеток в многоклеточных подчинена координирующем влияния целостного организма. Координация у животных осуществляется нервной и эндокринной системами, а у растений - непосредственным цитоплазматичним связью между клетками и циркулирующими веществами (фитогормонами).

Все живые существа, размножаются половым путем, начинают существовать с момента слияния двух высокоспециализированных клеток - сперматозоида и яйцеклетки. Оплодотворенная яйцеклетка является материнской для всех других клеток человеческого тела. Тело взрослого человека состоит более чем из 100 триллионов клеток. Большинство этих клеток - высокоспециализированные, имеют разную структуру, чтобы выполнять определенные функции. Но независимо от этого каждая клетка должна быть способна к размножению, синтезу необходимых макромолекул, обеспечивать себя энергией, реагировать на неблагоприятные воздействия, взаимодействовать с другими клетками и т.д. Общность многих функций предопределяет сходство строения более чем 200 различных типов клеток человеческого тела, однако клетки каждого типа выполняют только им присущие функции.

В зависимости от состава и степени упорядоченности, комплексы органических молекул способны выполнять определенные функции, направлены в первую очередь на поддержание высокой структурной организации организма.

1.2.1.1. Образование клеток - качественный этап эволюции

Прокаріотичні клетки появились на Земле примерно 3,5 млрд. лет назад в результате спонтанной агрегации органических молекул и длительной эволюции (гипотеза О. И. Опарина (рис. 1.14)). Решающим этапом было появление ферментативных (каталитических) молекулярных механизмов. Первые клетки использовали каталитические свойства РНК и белков, а как вещество наследственности содержали только РНК. В процессе усложнения структуры и функций клеток и накопления дополнительных каталитических белков молекула РНК была заменена двухцепочечной ДНК, которая хранит генетическую информацию.

Рис. 1.14. Александр Иванович Опарин (1894-1980).

Происхождение еукаріотичних клеток объясняют симбіотичною гипотезой, согласно которой клеткой - хозяином был анаэроб. Переход к аэробного дыхания связан с проникновением аэробных бактерий в клетку-хозяина и сосуществованием с ней в виде митохондрий. Зеленые растения способны к фотосинтезу, что обусловлено присутствием в их клетках хлоропластов. Считается, что симбионтами клетки-хозяина, что дали начало хлоропластам, были прокаріотичні сине-зеленые водоросли. Основным аргументом в пользу симбиотической гипотезы является то, что митохондрии и хлоропласты имеют собственную ДНК.

Система внутриклеточных мембран: гладкая и зернистая эндоплазматическая сеть, комплекс Голги, ядерная оболочка - очевидно являются производными внешней мембраны, что способна ветвиться внутри клетки.

Достаточно сложным для ответа есть вопрос происхождения генетического материала ядра. Возможно, что оно также могло образоваться из симбионтов-прокариот. Увеличение количества ядерной ДНК происходило, видимо, постепенно, путем перемещения генетического материала с геномов симбионтов в область, ограниченную мембраной.

Очень важным было возникновение митоза как механизма равномерного распределения генетического материала и воспроизведение с поколения в поколение подобных клеток. В результате дальнейшей эволюции возник новый механизм деления клеток - мейоз, что решило проблему размножения многоклеточных организмов. Переход к половому размножению способствовал появлению комбинативной изменчивости, что существенно увеличило скорость эволюции.

Благодаря этим процессам за 1 млрд. лет эволюции еукаріотичний тип клеточной организации обусловил широкую разнообразие живых организмов от простейших до человека (рис. 1.15).