Страница 18 из 84
Подведем итоги. В воспроизведении белков участвуют: ДНК; мРНК; тРНК для 20 аминокислот; рибосомы, состоящие из нескольких рРНК и десятков различных белков; целый комплекс ферментов. Для осуществления синтеза белковой молекулы средней длины необходим тонкий, специфический подвод энергии посредством около 1 000 молекул АТФ. Практически вся клетка участвует в синтезе, нарушение строения хотя бы одного из компонентов нарушает процесс воспроизведения белковых молекул.
Для современных ученых удивителен сам факт функционирования этой сложной системы в организме. Возможность же ее самопроизвольного появления многие исследователи абсолютно исключают. Познание внутриклеточных процессов приводит к мысли о Создателе.
“ОТ j 1. Каково предназначение матричных процессов в клетке?
* 2. Опишите строение и функции тРНК.
3. Опишите последовательность трансляции белков.
4. Способна ли каждая рибосома синтезировать любые белки?
Может ли каждая тРНК переносить любые аминокислоты?
5. Почему необходимо «включать» и «выключать» гены? Каковы механизмы этих процессов?
vV ^ '
г, . 1 -
. Yl J V , ч "І,
1 > і <-1 1 ■■ . ■*’ і/jy
ъ -¾
'■ ■ ■■ : ЖѴ. Ж
■ . Ѵ?Ѵ 1 Vj
IP
Li' I
■ і
ЧЭЙ
Sul!
" <
Размножение и развитие
организмов
Глава 4. РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ
Наш повседневный опыт печально свидетельствует о том, что все живое подвержено смерти.1 Существа болеют, старятся и наконец умирают. У многих жизнь еще более короткая: их съедают хищники. Чтобы жизнь на Земле не прекратилась, все существа наделены универсальным свойством — способностью к размножению.
При всем разнообразии живых организмов, населяющих планету, при всех различиях в строении и образе жизни, способы их размножения в природе сводятся к двум формам: бесполой и половой. Некоторые растения сочетают эти две формы, размножаясь бесполым путем (клубнями, черенками, отводками и т. д.) и одновременно половым (семенами).
В случае бесполого размножения потомство развивается из клеток исходного организма. При половом размножении развитие нового существа начинается с единственной клетки, образовавшейся от слияния двух родительских — мужской и женской.
Сущность размножения состоит в сохранении не только жизни в целом, но и каждого отдельного вида животных и растений, в организации преемственности между потомством и родительскими существами. Молекулярную основу процессов размножения всех организмов составляет способность ДНК к самоудвоению. В результате генетический материал воспроизводится, а строение и функционирование дочерних организмов оказывается таким же, что и родительских.
§ 18. Деление соматических клеток. Митоз
Клеточный цикл. Процесс деления и интерфаза (промежуток между делениями) тесно взаимосвязаны, их совокупность составляет клеточный цикл. Его продолжительность в клетках растений и животных составляет в среднем 10—20 часов. В химически активной среде пищевого тракта клетки эпителия кишечника быстро изнашиваются и поэтому делятся дважды в сутки, клетки роговицы глаза приступают к делению один раз в трое суток, а клетки эпителия кожи — раз в месяц. Нейроны и некоторые лейкоциты никогда не делятся. В печени животных находятся покоящиеся клетки, которые делятся только, например, при удалении части печени.
После разделения клетки на две дочерних в каждой из них начинается первый, самый продолжительный (от 10 часов до нескольких суток), период клеточного цикла — пресинтетический (G1). Клетка готовится к удвоению хромосом и растет: синтезируются белки, РНК, увеличивается количество рибосом и митохондрий, поверхность ЭПС. В течение следующих 6—10 часов синтетического периода (S) происходит синтез ДНК (репликация). Третий постсинтетический период (G2) занимает 3—6 часов, клетка готовится к делению: синтезируются белки микротрубочек, запасаются вещества. В интерфазе, состоящей из периодов G1, S, G2, происходят все основные процессы обмена веществ.
Четвертый, последний период клеточного цикла, митоз, длится в среднем от 1 до 3 часов в зависимости от внешних условий (освещения, температуры и пр.).
Деление клеток происходит в два этапа. Сначала разделяются хромосомы, а затем происходит цитокинез — разделение цитоплазмы.
Митоз. Основной способ деления эукариотических клеток называют митозом (<греч. mitos нить). Различают четыре фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.
Профаза (<греч. pro перед). В профазе заканчивается приготовление к делению. Хромосомы утолщаются и становятся видимы в световой микроскоп. К концу профазы они представляют собой плотно упакованные дочерние хро-матиды, образовавшиеся в процессе удвоения ДНК и соединенные центромерами.
Считывание информации с ДНК прекращается, синтез РНК заканчивается. Субъединицы рибосом выходят из ядра в цитоплазму, и ядрышки исчезают. Микротрубочки цитоскелета распадаются, из составлявших их белков на центриолях начинает формироваться веретено деления. Центриоли расходятся к противоположным полюсам клетки. Внешние микротрубочки связываются с плазмалеммой и фиксируют положение центрио-лей. Наконец ядерная оболочка распадается на фрагменты, и хромосомы оказываются в цитоплазме. Края фрагментов оболочки смыкаются, образуя мелкие пузырьки-вакуоли, которые сливаются с мембранами эндоплазматической сети.
Метафаза (<греч. meta между). Эта стадия деления характеризуется перегруппировкой хромосом в цитоплазме. Когда хромосом достигают микротрубочки от ближайшей центриоли, хромосомы начинают перемещаться к центру клетки по мере удлиннения микротрубочки, пока не соединятся центромерной областью с микротрубочками от другой центриоли. Контакты хромосом с микротрубочками происходят случайным образом, в микроскоп видно, как хромосомы энергично движутся туда-сюда, пока не оказываются «пойманными» микротрубочками, идущими с двух противоположных сторон. К концу метафазы все хромосомы собираются в экваториальной зоне клетки, образуя так называемую метафазную пластинку. Они максимально компактны и хорошо видны. По метафазным хромосомам определяют количество и структуру хромосом организма — его кариотип.
Анафаза (<греч. ana вновь). Центромерные области хроматид разъединяются, и хроматиды становятся самостоятельными.
Каждая из них оказывается присоединенной центромерой к своему полюсу деления. Далее хроматиды каждой хромосомы быстро и одновременно расходятся к противоположным полюсам.
В центромерных участках расположены моторные белки. Перемещение происходит в результате их активной работы за счет энергии АТФ. Плечи хромосом пассивно следуют за центромерой. Освобождающиеся участки микротрубочек сразу же разрушаются. С достижением хромосомами полюсов деления (центриолей) анафаза заканчивается.
В клетках высших растений веретено деления формируется особым образом, без участия центриолей. Очевидно, что при отсутствии веретена размножение клеток не происходит. Химическое воздействие, разрушающее микротрубочки, — один из способов подавления роста опухолей.
В клетке прокариот кольцевая ДНК после удвоения разносится в разные дочерние клетки моторными белками, скользящими вдоль плазмалеммы. Такой способ деления отличен от митоза, поскольку спирализации хромосом и формирования веретена деления не происходит.
Телофаза (<греч. telos конец). На этом последнем этапе митоза путем слияния пузырьков эндоплазматической сети формируется новая ядерная оболочка. Хромосомы деспирализуются в длинные тонкие нити, на участках хромосом, несущих гены рРНК, образуются ядрышки. Веретено деления разрушается. Из составлявших его белков с центриолей начинают разрастаться микротрубочки нового цитоскелета.
Цитокинез. Окончательное разделение надвое в клетках животных осуществляется перетяжкой. В растительных клетках из середины к краям разрастается мембрана, на которой затем появляется плотная клеточная стенка. Органеллы распределяются между дочерними клетками примерно в равных количествах.
Обратим внимание на то, что все процессы митоза определяются преобразованиями хромосом. Удвоившись в интерфазе, хромосомы спирализуются и выходят в профазе в цитоплазму. В метафазе они собираются в экваториальной зоне и разъединяются, чтобы в анафазе разойтись к разным полюсам. На заключительном этапе телофазы хромосомы принимают исходный вид тонких деспирализованных нитей, характерных для интерфазы.