Теоретична біологія

Біологія: рослини, гриби, лишайники

БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ КЛІТИНИ

Залежно від наявності справжнього сформованого ядра, всі клітинні організми поділяються на дві групи: прокаріоти і еукаріоти.

Прокаріоти (без’ядерні організми) — примітивні організми, що не мають чітко сформованого ядра. У таких клітинах виділяється лише ядерна зона, що містить молекулу ДНК. Крім цього, у клітинах прокаріотів немає багато органел. У них є тільки зовнішня клітинна мембрана і рибосоми. До прокаріот відносяться бактерії та синьо-зелені водорості (ціанеї).

Еукаріоти — справжні ядерні організми, клітини яких мають чітко сформоване ядро і всі основні структурні компоненти клітини. До еукаріот відносяться рослини, тварини, гриби. Еукаріотична клітина має складну будову. Вона складається з трьох основних взаємозв’язаних частин: 1) зовнішньої клітинної мембрани, у деяких додатково є оболонка; 2) цитоплазми та її органел; 3) ядра.

Зовнішня клітинна мембрана — двомембранна клітинна структура, що відмежовує внутрішній вміст клітин від зовнішнього середовища. Клітинна мембрана має вибіркову проникність, захищає клітину, регулює надходження речовин і обмін із зовнішнім середовищем, підтримує визначену її форму. Клітинна мембрана складається з подвійного шару фосфоліпідів, які своїми гідрофобними кінцями з радикалів вищих жирних кислот обернені один до одного; ззовні розташовуються гідрофільні залишки фосфорної кислоти та гліцерину. У біліпідний шар мембрани вкраплені молекули білків, одна частина яких пронизує наскрізь мембрану, а інша — розташовується на поверхні або частково занурена в неї. З її зовнішнього боку з білками і ліпідами з’єднані вуглеводи.

Речовини надходять до клітин різними шляхами: дифузно (низькомолекулярні іони); осмосом (вода); активним транспортом (через спеціальні білкові канали) із затратою енергії; за допомогою ендоцитозу (великі частинки).

Клітини рослинних організмів, грибів крім мембрани зовні мають ще й оболонку. Ця нежива клітинна структура будується з целюлози, що додає міцності клітині, захищає її, є «скелетом» рослин і грибів. В оболонці розміщені пори, через які речовини надходять до клітини.

У цитоплазмі, для якої характерний напіврідкий стан, знаходяться всі органели.

Ендоплазматична сітка (ЕПС) — одномембранна система канальців, трубочок, цистерн, що пронизує всю цитоплазму. Вона поділяє її на окремі відсіки, у яких проходить синтез різних речовин, забезпечує зв’язок між окремими частинами клітини і транспорт речовин. Розрізняють гладеньку і гранулярну ЕПС.

На гладенькій — проходить синтез ліпідів, вуглеводів; на гранулярній — розташовуються рибосоми і синтезується білок.

Рибосоми — дрібні тільця, які мають форму гриба. Складаються з двох субодиниць — великої та малої, будуються з р-РНК та білків. Функція рибосом — синтез білка.

Апарат Гольджі — одномембранна структура, пов’язана з ЕПС, забезпечує упакування і виведення синтезованих речовин із клітини. Крім цього, з його структур утворюються лізосоми.

Лізосоми — сферичні тільця, що містять гідролітичні ферменти, які розщеплюють високомолекулярні речовини, тобто забезпечують внутрішньоклітинне травлення.

Мітохондрїі — напівавтономні двомембранні структури подовгастої форми. Зовнішня мембрана гладенька, а внутрішня утворює складки-кристи, що збільшують її поверхню. Всередині мітохондрії заповнені матриксом, у якому знаходяться кільцева молекула ДНК, РНК, рибосоми.

Кількість мітохондрій у клітинах різна, з ростом клітин чисельність їх збільшується внаслідок поділу. Мітохондрії — це «енергетичні станції» клітини. У процесі дихання в них відбувається остаточне окиснення речовин киснем повітря. Енергія, що виділяється, нагромаджується в молекулах АТФ, синтез яких проходить у цих структурах.

Пластиди характерні тільки для рослинних клітин. Існують три види пластид: хлоропласти, лейкопласти і хромопласти.

Хлоропласти — напівавтономні двомембранні органели подовгастої форми, зеленого кольору. Внутрішня частина заповнена стромою, у якій занурені грани. Грани утворені з мембранних структур — тилакоїдів. У стромі є кільцева молекула ДНК, РНК, рибосоми. На мембранах розташовується фотосинтезуючий пігмент — хлорофіл. У хлоропластах відбувається процес фотосинтезу. На мембрані тилакоїда відбуваються реакції світлової фази фотосинтезу, а в стромі — темнової.

Хромопласти — двомембранні органели сферичної форми, що містять червоний, жовтогарячий і жовтий пігменти. Хромопласти надають забарвлення квіткам і плодам, а утворюються з хлоропластів.

Лейкопласти — безбарвні пластиди, які знаходяться в незабарвлених частинах рослини. Містять запасні поживні речовини, можуть на світлі перетворюватися у хлоропласти.

Крім хлоропластів рослинні клітини мають ще вакуолі — мембранні тільця, заповнені клітинним соком і поживними речовинами.

Клітинний центр забезпечує процес поділу клітин. Він складається з двох центріолей та центросфери, що утворюють нитки веретена поділу і сприяють рівномірному розподілу хромосом у клітині, яка ділиться. Характерні для тваринних клітин.

Ядро — центр регуляції життєдіяльності клітини. Ядро відокремлене від цитоплазми подвійною ядерною мембраною, пронизаною порами. Всередині воно заповнене каріоплазмою, у якій знаходяться молекули ДНК. Ядерний апарат регулює всі процеси життєдіяльності клітини, забезпечує передачу спадкової інформації. Тут відбувається синтез ДНК, РГІК, рибосом. Часто в ядрі можна побачити одне або декілька темних округлих утворень — ядерець, в яких формуються і нагромаджуються рибосоми. Молекули ДНК несуть спадкову інформацію, що визначає ознаки даного організму, органа, тканини, клітини. У ядрі молекул ДНК не видно, тому що вони знаходяться у вигляді тонких ниток хроматину. Під час поділу клітини ДНК сильно спіралізуються, товстішають, утворюють комплекси з білком і перетворюються в добре помітні структури — хромосоми.

Деякі клітини мають специфічні органели — війки та джгутики, які забезпечують рух, переважно, одноклітинних організмів. Ці структури є у деяких клітин багатоклітинних організмів (війчастий епітелій). Війки та джгутики являють собою вирости цитоплазми, оточені клітинною мембраною. В середині виростів знаходяться мікротрубочки, скорочення яких надає клітині руху.

Порівняльна характеристика

8 дивних генетичних експериментів 

Зараз вчені-генетики всього світу досліджують геном людини, тварин і рослин. Геном людини вже давно розшифрований, недавно вчені надали чергову розшифровку - цього разу, кукурудзи. Звичайно, тепер ведуться роботи по вивченню ролі кожного гена в геномі. Деякі експерименти виявляються корисними. Правда, деякі дослідження виглядають трохи дивно - ось про них ми сьогодні і поговоримо. 

Напевно, багато наших читачів чули про "Ангела смерті", доктора Джозефі Менгеле, який служив вірою і правдою фашистам. Цей, за перепрошенням, лікар, а точніше, нелюд, занапастив тисячі життів, проводячи нелюдяні медичні експерименти. Один з них - спроба збільшити частоту появи близнят. Для чого? Звичайно ж, для того, щоб збільшити кількість людей арійської раси, носіїв чистої крові.

Так ось, саме цей експеримент Менгеля, за який, до речі, зміг уникнути покарання, втікши до Латинської Америки, зараз приносить свої плоди. Дивно, але факт - в Бразільському місті Кандідо Гондої (Candido Godoi) дуже багато близнят. Не просто багато, а дуже багато - таке враження, що там одні близнята. 

Причому тут доктор Менгель? Та притому, що за свідченням місцевих жителів, доктор Менгель відвідував містечко в 60-х роках минулого століття, надаючи медичні послуги жінкам міста. Тепер у бразильців проблема - кожна п'ята жінка, яка завагітніла, народжує близнята, причому діти блакитноокі і світловолосі. Чому? Вчені цього не розуміють.

Прояснити нічого не можуть до цих пір, і доктор Менгель навряд чи вже щось розповість, оскільки він помер своєю смертю в 1979 році. 

Всі ми знаємо, що павутина, яку роблять павуки, є дуже цікавою речовиною. Наприклад, павутина набагато міцніша за металеву нитку тієї ж товщини. Деякі павуки роблять павутину, з якої можна навіть ткати, що деякі племена з успіхом і роблять. Павутина - вельми цінний матеріал, але здобувати її у великих кількостях - складне завдання.

Вчені вирішили вирішити проблему несподіваним способом - впровадивши в геном кіз деякі гени з генома павуків. В результаті молоко генетично модифікованих кіз містить білок, з якого і складається павутина. Молоко таких кіз можна пити, і навряд чи хтось відрізнить його від звичайного козиного молока. Але з цього молока, після відповідної його обробки, виділяється білок, який називають павуковим шовком

Вченим вдалося клонувати мишу, яка пробула в замороженому стані більше 16 років. Ні, мишу не змогли оживити, та і не намагалися. Після декількох невдалих спроб вченим все ж таки вдалося створити клон цієї миші, що вважається величезним досягненням генної інженерії.

Ще трохи - і по Землі почнуть бродити мамонти і інші вимерлі тварини, ДНК яких ще можна виділити. До речі, починають вже говорити про клонування людей, які заповіли заморозити себе після смерті - напевно, ви чули про подібне. 

На жаль, оживити заморожені тіла поки немає ніякої можливості, але клонувати "полярників" можна. 

Генетично модифіковані москіти

У наший країні, як і у всьому СНД, люди майже забули про таке захворювання, як малярія. Адже малярія колись була справжнім "мечем Божим" для регіонів з великою кількістю боліт. У таких країнах, як Бразилія, малярія до цих пір забирає безліч життів. 

Переносниками зарази є москіти - кровоссальні комахи, в тілах яких збудники малярії чудово себе почувають. Так ось, вчені створили різновид москітів, організм яких чинить опір збудникам малярії, так що укус такого москіта "чистий". Вчені, які створили новий вид москітів, випустили декілька таких комах, з тим, щоб дозволити їм розмножитися в природних умовах. Автори дослідження сподіваються, що ген протидії малярії виявиться домінуючим, і років через десять кількість захворювань малярією почне знижуватися. 

Багато людей вважають, що штучне розділення чоловіків і жінок на шанувальників блакитного і рожевого кольорів не мають ніякого підтвердження. Як виявилось, мають, та ще які. Правда, особисто у мене дослідження, яке провели вчені, викликає сумніви. 

Річ у тому, що ніякі дослідження генома людини не проводилися, вчені просто провели ряд комп'ютерних тестів, де групі добровольців пропонували вибрати різні геометричні фігури рожевого і блакитного кольорів. За наслідками тестів виявилось, що жінки частіше вибирають фігури, забарвлені в рожевий колір, в той час, як чоловіки вибирають фігури, забарвлені в блакитний колір.

До речі кажучи, результати досліджень були презентовані в декількох авторитетних медичних виданнях. Але виглядає все це дещо дивно - адже колірні переваги не обов'язково обумовлені геномом, цілком може бути, що вони виробляються протягом життя. Але, як би там не було, вченим видніше.

Генетики досить давно намагаються зрозуміти, яким чином організм істоти, яка зароджується, "розуміє", де повинне бути око, де - хвіст, а де - лапа, ну, або рука. Відмінним об'єктом для проведення експериментів є амфібії, над якими генетики і експериментують.

Так, вченим недавно (у 2007 році) вдалося зрозуміти, які речовини провокують появу очей в заданому місці. Виявилось, що індикатором, міткою, є специфічні азото-місткі молекули. Вченим навіть вдалося добитися появи третього ока, при введенні додаткової такої молекули-тригера.

Ймовірно, подібний механізм діє і при формуванні очей у інших тварин і людини. Тепер генетики просунулися настільки далеко, що їм вдалося отримати амфібій з очима на лапах і навіть на хвості (мова йде про саламандр). 

Голландським вченим вдалося виростити корів, в геномі яких міститься ген, що відповідає за вміст в молоці лактоферину. Цей протеїн характерний для молока жінки, і виконує він захисну функцію - наприклад, дуже добре протидіє різним збудникам легеневих інфекцій.

Тепер, якщо тести покажуть придатність такого молока, то його можна використовувати як лікувальний препарат, причому дуже смачний. Звичайно, є і противники подібних дослідів з коровами, але прихильників наразі все ж таки більше.

Вченим вдалося вивести вид дерев, які можуть виростати до 27 метрів всього за шість років. Ці дерева створюються не для краси, вчені намагаються знайти альтернативний вид палива, що відноситься до поновлюваних ресурсів. Власне, зробити це вдалося, дерева дійсно ростуть з величезною швидкістю, так що є шанс на успішний результат експерименту.

Самі дерева, звичайно ж, не використовуватимуться у вигляді дров - ні, мова йде про спирт, який учені і збираються отримувати з цих дерев. Точніше, не з них самих, а з целюлози, яка є основною складовою частиною деревини. Цілком може трапитися, що етанол, який отримується з дерев, і буде паливом майбутнього.