Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Какие чувства открылись бы человеку, будь его глаза способны разглядеть очертания и движения мельчайших частиц в крови и других жидкостях человеческого организма столь же отчётливо, как очертания и движения самих живых существ.

Джон Локк. Опыт о человеческом разуме

Несмотря на то что все организмы состоят из клеток и все клетки сходны по своему химическому составу, среди них можно выделить две довольно чётко различающиеся группы: эукариотические и прокариотические клетки. Все животные, растения и грибы состоят из эукариотических клеток (от греч. «эу» – настоящий, правильный и «карион» – ядро) (рис. 46). Главным отличием такой клетки от прокариотической является наличие клеточного ядра.

Мембрана

Каждая клетка окружена плазматической мембраной (рис. 47). Основу мембраны составляет двойной слой молекул жироподобных веществ – фосфолипидов. Как известно, жиры – гидрофобные соединения, поэтому такая мембрана затрудняет прохождение в клетку хорошо растворимых в воде веществ, в том числе некоторых солей. Кроме того, в состав плазматической мембраны обязательно входят белки, одни из которых находятся на её внешней стороне, другие – на внутренней, а третьи пронизывают мембрану насквозь. Мембранные белки играют очень важную роль в деятельности клетки. Некоторые из них являются рецепторами, с помощью которых клетка реагирует на различные воздействия. Белки, пронизывающие мембрану, часто образуют каналы, через которые проходят различные ионы и другие вещества, в том числе и хорошо растворимые в воде.

В некоторых клетках мембрана способна впячиваться, затягивая в клетку питательные вещества. Так, например, питаются амёбы, лейкоциты поглощают бактерии. Это явление называют эндоцитозом. Обратный процесс, при котором вещества через мембрану выводятся из клетки, называют экзоцитозом.

Рис. 46. Строение эукариотической клетки

Рис. 47. Строение мембраны

Ядро

Ядро служит хранилищем наследственной информации и регулирует основные процессы, протекающие в клетке. Чаще всего клетка содержит только одно ядро, однако в некоторых случаях их может быть два, а иногда и гораздо больше. По форме ядро обычно является шаровидным, хотя встречаются ядра и более сложной формы. Ядро окружено оболочкой, состоящей из двух мембран и имеющей крупные поры. Через поры проходят большие молекулы РНК и белков.

Рис. 48. Организация генетического материала в клетке

Жидкое содержимое ядра называют кариоплазмой. В кариоплазме находится одна или несколько мелких уплотнённых структур – ядрышек – и хроматин. Хроматин – это соединение ДНК со специальными белками (рис. 48). Белки, во-первых, выполняют функции ферментов, а во-вторых, «упаковывают» ДНК, переводя её в скрученное состояние. Дело в том, что если молекулу ДНК растянуть, она окажется огромной по сравнению с размерами ядра клетки. Суммарная длина всех молекул ДНК в ядре соматической клетки превышает 1 м, в то время как размер ядра не больше нескольких микрометров. Поэтому, для того чтобы разместиться внутри ядра и не запутаться, каждая молекула ДНК поддерживается специальными белками (гистонами), которые служат её «крепёжным материалом».

Молекулы ДНК в скрученном состоянии называют хромосомами. Число молекул ДНК во всех клетках определённого вида живых организмов всегда строго одинаково. В соматических клетках каждая хромосома имеет свою пару, т. е. такая клетка содержит двойной набор одинаковых хромосом. Такой набор называют диплоидным, а хромосомы, имеющие одинаковые размеры и форму, называют гомологичными

(рис. 49). В соматических клетках человека содержится 46 хромосом, т. е. 23 пары. В половых клетках (гаметах) число хромосом вдвое меньше, чем в соматических. Такой «половинный» набор называют гаплоидным. Во время оплодотворения отцовская и материнская гаплоидные гаметы сливаются, их хромосомные наборы объединяются и образуется клетка с диплоидным набором (зигота). Из этой клетки путём деления образуются все клетки нового развивающегося организма.

Рис. 49. Диплоидный набор хромосом человека: А – женщины, Б – мужчины

У мужчин и женщин 22 пары хромосом одинаковы. Такие хромосомы называют аутосомами. 23-я пара – это половые хромосомы, они могут быть двух видов, называемых X и Y. Все яйцеклетки женщины содержат X-хромосому, а в сперматозоидах может находиться либо X-, либо Y-хромосома. Пол будущего ребёнка зависит от того, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку: если несущий Y-хромосому – будет мальчик с набором половых хромосом XY, а если с X-хромосомой – девочка с набором XX.

Цитоплазма. Органоиды