Страница 7 из 84
Транспортные РНК (тРНК) имеют малые размеры, в их составе 70—100 нуклеотидов. Основная часть тРНК находится в цито-плазме, где они выполняют свою функцию — связывать и доставлять аминокислоты к рибосомам в процессе синтеза белков.
ґ 1. Каковы функции ДНК?
2. Опишите строение молекулы ДНК.
3. Как удваиваются ДНК и в чем главное значение этого процесса?
4. Откуда появляются РНК, какова функция мРНК, рРНК, тРНК?
§ 6. Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ
Энергия, поступающая с пищей, запасается клеткой в виде химических связей органических молекул, которые клетка синтезирует. Как мы уже знаем, универсальным источником энергии в клетке являются молекулы глюкозы. Энергия, выделяющаяся при расщеплении глюкозы, запасается в молекулах АТФ — универсальном аккумуляторе энергии. У растений АТФ образуются в хлоропластах в процессе фотосинтеза и в митохондриях. Использование АТФ позволяет организму легко и быстро высвобождать и запасать энергию.
По строению АТФ сходна с адениловым нуклеотидом, входящим в состав РНК, только вместо одного остатка фосфорной кислоты (фосфата) в состав АТФ входят три остатка (см. рис.). Клетки не в состоянии содержать кислоты в заметных количествах — только их соли. Поэтому фосфорная кислота входит в АТФ в виде остатка.
Под действием специальных ферментов молекула АТФ подвергается гидролизу, то есть присоединяет Н20 и расщепляется с образованием аденозиндифосфорной кислоты (АДФ). Этот процесс называют дефосфорилированием (потерей фосфата):
АТФ + Н2О ^ АДФ + Н3РО4
Эта реакция обратима: АДФ может присоединять фосфат (фосфорилироваться) и переходить в АТФ, аккумулируя энергию органических соединений, полученных с пищей. Разрушение пептидной связи высвобождает лишь 12 кДж/моль энергии. А связи, которыми присоединены остатки фосфорной кислоты, высокоэнергетичны (их еще называют макроэргическими): при разрушении каждой из них выделяется 40 кДж/моль энергии. Поэтому АТФ играет в клетках центральную роль универсального биологического аккумулятора энергии.
Молекулы АТФ синтезируются в митохондриях и хлоропластах (лишь незначительное их количество синтезируется в цитоплазме), они обеспечивают энергией все процессы жизнедеятельности, без АТФ клетка не может существовать.
За счет энергии АТФ происходит деление клетки, осуществляется активный перенос веществ через клеточные мембраны, поддержание мембранного электрического потенциала в процессе передачи нервных импульсов, биосинтез высокомолекулярных соединений, физическая работа и т. д.
Синтез АТФ из АДФ происходит за счет энергии, выделяющейся при окислении углеводов, липидов и других веществ.
На выполнение умственной работы также затрачивается большое количество АТФ. По этой причине людям умственного труда требуется повышенное количество глюкозы, благодаря расщеплению которой происходит синтез АТФ.
Другие соединения. Кроме рассмотренных в настоящей главе соединений, клетки синтезируют и множество других веществ, также необходимых для жизнедеятельности организма. Рассмотрим некоторые из них.
Наряду с гормонами, используемыми организмом (см. § 4), существуют так называемые феромоны, посредством которых насекомые сообщают друг другу о нахождении пищи, опасности, привлекают особей другого пола. Действие феромонов на организм столь ощутимо, что живые существа распознают их в ничтожных количествах. Шелкопряды чувствуют запах ароматической железы другой особи на расстоянии до 3 км.
Существуют гормоны и у растений — фитогормоны. Они ускоряют рост и созревание плодов. Кроме гормонов клетки растений синтезируют соединения, привлекающие опыляющих насекомых и отпугивающие растительноядных. Растения способны вырабатывать и вещества, подавляющие рост конкурирующих видов.
В и т а м и н ы (<лат. vita жизнь) — необходимые для жизни соединения, которые организм человека не способен синтезировать или синтезирует в недостаточных количествах (за исключением витамина D) и должен получать с пищей. Многие витамины являются коферментами — соединениями, входящими в состав активного центра ряда ферментов; без коферментов многие ферменты не активны. Некоторые ко-ферменты служат переносчиками групп атомов, отщепляемых ферментами.
К жирорастворимым витаминам относят следующие.
В и т а м и н А входит в состав зрительного пигмента. При его недостатке развивается куриная слепота (ухудшение сумеречного зрения), нарушается работа иммунной системы, замедляется рост.
В и т а м и н D способны синтезировать клетки кожи под действием солнечного света, он содержится в больших количествах в печени морских животных. Его недостаток приводит к нарушению обмена ионов кальция, отвечающих за минерализацию костной ткани, при этом у детей возникает рахит — размягчение и деформация костей.
В и т а м и н Е защищает липиды клеточной мембраны от окисления. Недостаточное количество этого витамина в пище приводит к разрушению эритроцитов и слабости мышц.
В и т а м и н К отвечает за свертываемость крови. Его дефицит приводит к частым и длительным кровотечениям.
К водорастворимым относят следующие витамины, не имеющие общих свойств с липидами.
В и т а м и н С (аскорбиновая кислота) участвует в формировании и поддержании структуры хрящей, костей, зубов, образовании гемоглобина и эритроцитов.
В и т а м и н ы г р у п п ы В, как и другие витамины, входят в состав коферментов. Многие витамины группы В, витамин К синтезируются бактериями пищевого тракта. Прием антибиотиков приводит к интенсивной гибели бактерий в организме, в том числе и бактерий кишечника. Поэтому после приема антибиотиков рекомендуется принимать и эти витамины.
Суточная потребность человека в витаминах составляет, как правило, несколько микрограммов.
д.fV" 1. В чем состоит основная функция АТФ?
2. Какие связи называют макроэргическими?
3. Назовите органеллы, синтезирующие АТФ. За счет какой энергии происходит этот синтез?
4. Почему спортсменам и людям умственного труда требуется особенно много глюкозы?
5. Какие соединения называют феромонами, фитогормонами?
Глава 2. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТКИ
Клетка способна к самовоспроизведению, саморегуляции и самосохранению. Она обладает всеми свойствами живой системы: растет, размножается, осуществляет обмен веществ и энергии, реагирует на внешние раздражители и способна к движению. Ни одна из ее составных частей не обладает совокупностью этих качеств. Поэтому клетка является наименьшей биосистемой — элементарной единицей жизни.
В процессе жизнедеятельности различные функции клетки осуществляются ее составными частями — поверхностным аппаратом, органеллами (органоидами) и ядром. Органеллы могут иметь мембрану (мембранные), а могут и не иметь ее (немембранные).
Клетка бактерий не имеет оформленного ядра. Такие организмы называют прокариотами (<лат. pro вместо, раньше + греч. karion ядро). Существа, клетки которых содержат отделенные мембраной от цитоплазмы ядра, ученые назвали эукариотами (<греч. eu полностью), это — растения, грибы, простейшие, животные и человек.
Существуют организмы, состоящие из одной клетки, — бактерии, дрожжи, простейшие и одноклеточные водоросли. Многоклеточные организмы состоят из групп клеток, различных по строению. Например, из нервных, костных и мышечных клеток — у животных; клеток корня, стебля и листьев — у растений.
§ 7. Клеточная теория
Термин «клетка» ввел в 1665 г. английский натуралист Р. Гук. Рассматривая в микроскоп собственной конструкции тонкий срез пробкового дерева, Гук увидел, что вещество состоит из ячеек, названных им клетками. В 1833 г. шотландский ботаник Р. Броун обнаружил внутри клеток растений плотные образования, которые назвал ядрами. В 1838 г. немецкий биолог М. Шлейден первым пришел к замечательному выводу: ядро является обязательным элементом строения всех клеток. Это открытие положило основу для изучения структуры всех клеток.
Практически одновременно с исследованиями М. Шлейдена его соотечественник физиолог Т. Шванн обнаружил похожие на ядра образования и в клетках животных. Вместе эти ученые сформулировали клеточную теорию, основное положение которой гласит: все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению. Т. Шванн и М. Шлейден полагали, что новые клетки могут формироваться в организме из межклеточного вещества.