Что значит клетка — открытая биологическая система - Клетка - структурная и функциональная единица жизни - ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Клетка является элементарной живой системой. На уровне клетки проявляются большинство основных свойств живой материи — обмен веществ и энергии, рост, развитие, раздражение, самовоспроизведение. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Так, например, выделенные актин-миозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки активно “работают” многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биологических молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок; в настоящее время разработаны неклеточные системы ферментативного синтеза нуклеиновых кислот и т.д. Можно ли считать все эти отдельно взятые внутриклеточные компоненты живыми? Вероятно, нет, потому что они обладают только определенным свойством живого, а не всем комплексом таких характеристик. Только клетка является наименьшей единицей, обладающей всеми вместе взятыми свойствами, отвечающими определению “живое”.

Клетка является открытой системой, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой.

Клетка — не только единица строения, но и единица функционирования. Все ее системы взаимосвязаны и функционируют как единое целое (рис. 22).

Рисунок 22. Обзор некоторых важнейших функций клетки (на схеме объединены реакции, идущие в растительных и животных клетках):

1 — ядро; 2 — ядрышко; 3 — митохондрия; 4 — хлоропласт; 5 — полисома; 6 — гранулярный эндоплазматический ретикулум; 7 — гладкий эндоплазматический ретикулум; 8 — система Гольджи; 9 — пузырек Гольджи; 10 — первичные лизосомы; 11 — фагосома; 12 — аутофагосома; 13 — плазмалемма; 14 — экзоцитоз; 15 — эндоцитоз;

16 — клеточная стенка; Ф — фермент; Ув — углеводород; Лип — липид; ЦЛК — цикл лимонной кислоты (цикл Кребса)

Гетеротрофные клетки получают углеводы извне, а автотрофные сами создают их путем фотосинтеза (из С0₂ и Н₂0, которые поступают из окружающей среды) или хемосинтеза. Большая часть углеводов расщепляется с целью высвобождения энергии. Получаемая энергия связывается в форме АТФ. Энергию АТФ клетка использует на различные жизненные процессы — синтез, выделение веществ, движение и т.д. Глюкоза и другие углеводы используются также для биосинтеза полисахаридов, которые в форме гликолипидов и гликопротеинов включаются в гликокаликс (у животных), в форме гемицеллюлозы и пектиновых веществ — в клеточную стенку растений, в форме хитина — в клеточную стенку грибов. Целлюлоза оболочек растительных клеток синтезируется на плазмалемме или в самой клеточной стенке. Автотрофные зеленые клетки передают большую часть синтезируемых ими углеводов незеленым гетеротрофным клеткам, в основном в виде сахарозы.

Бактериальные и растительные клетки сами синтезируют все 20 аминокислот, входящих в состав белков; в зеленых растительных клетках это происходит главным образом в хлоропластах. Синтез некоторых аминокислот может осуществляться в митохондриях и цитоплазме, в том числе и в животных клетках. Но животным клеткам приходится получать из окружающей среды по крайней мере незаменимые аминокислоты.

Животные клетки могут поглощать и белки, в основном путем эндоцитоза, и расщепляют их затем в лизосомах до аминокислот. Зеленые растительные клетки, напротив, могут передавать аминокислоты другим клеткам.

Белки, в том числе и ферменты, синтезируются на рибосомах с участием иРНК и тРНК. Этот синтез идет главным образом в цитоплазме, а также в хлоропластах и митохондриях. Из цитоплазмы белки переходят в клеточное ядро (гистоновые и негистоновые белки хромосом, белки субъединиц рибосом и др.), в митохондрии и хлоропласты.

На рибосомах, связанных с ЭР, синтезируются резервные и экспортные белки, которые при участии комплекса Гольджи путем экзоцитоза покидают клетку.

Все эти и другие процессы осуществляются путем реализации генетической информации, которая сосредоточена в молекулах ДНК ядра, пластид и митохондрий. В названных органеллах происходит репликация ДНК — необходимая предпосылка их идентичного деления и клетки в целом, а также транскрипция, обеспечивающая появление различных видов РНК. На рибосомах при участии всех типов РНК осуществляется трансляция — конечный этап реализации генетической информации — синтез белков. Посредством белков регулируются синтез и расщепление веществ в клетке, синтез АТФ, клеточный рост, подготовка и Осуществление деления клетки и другие процессы.

Таким образом, клетка является открытой биологической системой, наименьшей единицей жизни — единицей строения, функционирования, размножения организмов и их взаимосвязи с окружающей средой.