Страница 12 из 16
Полученные результаты не подтвердили основное положение эволюционной теории о саморазвитии жизни из простейших организмов. В земной коре наличие живых бактерий наблюдается на глубинах во многие сотни метров, поэтому факт нахождения их останков в глубинных породах не означает их исключительной древности по сравнению с другими организмами. Несмотря на установившееся мнение об эволюционном происхождении эукариотических организмов от прокариотических, в строении их РНК обнаружены столь разительные отличия, что современным биохимикам эволюция от прокариотической клетки к эукариотической представляется невероятной. 1.
Сравните строение клеток прокариот и эукариот. 2. Расскажите о спорах бактерий. 3. Перечислите полезные функции бактерий. 4. Какие эксперименты с бактериями послужили опровержению гипотезы самозарождения жизни из простейших организмов? § 13.
Неклеточные формы жизни – вирусы В 1892 г. русский микробиолог и ботаник Д. И. Ивановский описал необычные свойства возбудителя одной из болезней листьев растений – табачной мозаики (у больных растений разрушаются лейкопласты и обесцвечиваются фрагменты листьев). Возбудитель этой болезни проникал сквозь фильтры, задерживающие бактерии.
Похожее открытие сделали французские ученые Ф. Леффлер и П. Фрош относительно возбудителя болезни животных – ящура. Нидерландский ботаник М. Бейерник предложил называть эти фильтрующиеся инфекции вирусами (<лат. virus яд). Отечественный врач Н. Ф. Гамалея обнаружил вирус, разрушающий бактерии. Канадский бактериолог Ф. Де Эрелль назвал такие вирусы бактериофагами.
Как теперь известно, вирусную природу имеют возбудители многих болезней, поражающих человека, – оспы, гепатита, свинки, кори, бешенства, клещевого энцефалита, краснухи, полиомиелита, герпеса, гриппа и др. Ученые до сих пор ведут споры о вирусах: живые это существа или нет? Вне клеток организмов вирусы не дышат, не питаются, не размножаются и обычно имеют вид кристаллов.
В клетках «хозяев» вирусы активируются и проявляют такие свойства живых систем, как воспроизведение, регуляция и сохранение. Размеры вирусов составляют всего 0,015-0,4 мкм, поэтому изучение их возможно только с помощью электронного микроскопа. Вирусы являются неклеточными формами жизни. В них отсутствуют обязательные компоненты строения клетки – мембранные структуры.
Вирусы состоят из молекулы РНК или ДНК и нескольких белков, образующих капсид – наружную оболочку. Внешнюю часть капсида вирусы строят из фрагментов ядерной или цитоплазматической мембраны клетки хозяина. РНК-вирусы любопытны тем, что в них роль генетического материала выполняет не ДНК, а РНК. Количество генов в наследственном материале вирусов очень невелико: от 3 у табачной мозаики до 240 у вируса оспы (
в ДНК человека более 30 тысяч различных генов). Вирусы: 1 – табачной мозаики, 2 – герпеса, 3 – гриппа ДНК Белки капсида Бактериофаг впрыскивает свою ДНК в клетку «хозяина» В клетках растений и животных, как правило, паразитируют РНК-вирусы, а бактериофаги чаще содержат ДНК.
В отличие от клеточных организмов вирусы не имеют собственной белоксинтезирующей системы (рибосом и тРНК). Паразитизм вирусов носит особенный, генетический характер. Они вносят в клетку только свою генетическую информацию. Вирус присоединяется к поверхности клетки и погружается в цитоплазму, образуя в клетке пиноцитозную вакуоль. Далее он перемещается в любой участок клетки и там «раздевается» от оболочек.
Бактериофаги для проникновения сквозь толстые стенки бактерий обладают специальным устройством впрыскивания своей ДНК в клетку бактерии, «раздеваясь» уже на стадии проникновения. Вирусы растений попадают в клетки через повреждения или переносятся насекомыми. Зараженная клетка вместо собственных ДНК и белков начинает синтезировать вирусы. Накопившиеся вирусы покидают «хозяина» путем «взрыва», нарушая целостность клетки, или выходят постепенно через комплекс Гольджи.
Вирусы распознают своих «хозяев» по специфическим для каждой клетки белкам на поверхности мембраны. Поэтому вирусная инфекция имеет видовую и тканевую специфичность. Вирус гепатита паразитирует только в клетках печени, гриппа – в клетках эпителия слизистой оболочки дыхательных путей, свинки — в клетках слюнных желез. Некоторые люди обладают пониженной чувствительностью к поражению вирусом СПИД. Клетки их иммунной системы (лимфоциты, макрофаги)
имеют наследственно измененные белковые рецепторы на своей поверхности и не поражаются вирусом. Интенсивное развитие современной вирусологии позволяет надеяться, что неизлечимые сегодня недуги окажутся побежденными в недалеком будущем. 1. Кем и когда были впервые исследованы вирусы? Какое их свойство особенно удивило ученых? 2.
Какие необычные для живых организмов свойства имеют вирусы? 3. Почему вирусы относят к неклеточным формам жизни? 4. Чем различаются ДНК- и РНК-вирусы? 5. Опишите жизненный цикл вирусов. Глава 3. МЕТАБОЛИЗМ — ОСНОВА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ Под метаболизмом понимают постоянно происходящий в клетках живых организмов обмен веществ и энергии.
Одни соединения, выполнив свою функцию, становятся ненужными, в других возникает насущная потребность. В различных процессах метаболизма из простых веществ при участии ферментов синтезируются высокомолекулярные соединения, в свою очередь сложные молекулы расщепляются на более простые. Реакции биологического синтеза называются анаболическими (<греч. anabole подъем)
, а их совокупность в клетке – анаболизмом, или пластическим обменом (<греч. plastos вылепленный, созданный). В клетке протекает огромное количество процессов синтеза: липидов в эндоплазматической сети, белков на рибосомах, полисахаридов в комплексе Гольджи эукариот и в цитоплазме прокариот, углеводов в пластидах растений. Структура синтезируемых макромолекул обладает видовой и индивидуальной специфичностью.
Набор характерных для клетки веществ соответствует последовательности нуклеотидов ДНК, составляющих генотип. Для обеспечения реакций синтеза клетке требуются существенные затраты энергии, получаемой при расщеплении веществ. Совокупность реакций расщепления сложных молекул на более простые носит название катаболизма (<греч. katabole разрушение), или энергетического обмена.
Примерами таких реакций является расщепление липидов, полисахаридов, белков и нуклеиновых кислот в лизосомах, а также простых углеводов и жирных кислот в митохондриях. В результате процессов катаболизма высвобождается энергия. Существенная ее часть запасается в виде высокоэнергетичных химических связей АТФ. Запасы АТФ позволяют организму быстро и эффективно обеспечивать различные процессы жизнедеятельности.
Молекулы белков функционируют в организме от нескольких часов до нескольких дней. За этот период в них накапливаются нарушения, и белки становятся непригодными для выполнения своих функций. Они расщепляются и заменяются на вновь синтезируемые. Требуют постоянного обновления и сами клеточные структуры. Пластический и энергетический обмены неразрывно взаимосвязаны.
Процессы расщепления осуществляют энергетическое обеспечение процессов синтеза, а также поставляют необходимые для синтеза строительные вещества. Метаболизм Правильный обмен веществ поддерживает постоянство химического состава биологических систем, их внутренней среды. Способность организмов сохранять внутренние параметры неизменными носит название гомеостпаза.
Процессы метаболизма происходят в соответствии с генетической программой клетки, реализуя ее наследственную информацию. § 14. Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ Человек и животные получают энергию за счет окисления органических соединений, поступающих с пищей. Биологическое окисление веществ – это, по сути, медленное горение. Конечные продукты сгорания дров (целлюлозы) – углекислый газ и вода. Полное окисление органических веществ (углеводов и липидов)
в клетках также происходит до воды и углекислого газа. В отличие от горения, процесс биологического окисления происходит постепенно. Высвобождающаяся энергия также постепенно запасается в виде химических связей синтезируемых соединений. Некоторая ее часть рассеивается в клетках, поддерживая необходимую для жизнедеятельности температуру. Синтез АТФ происходит главным образом в митохондриях (у растений еще и в хлоропластах)
и обеспечивается в основном энергией, выделяющейся при расщеплении глюкозы, могут использоваться и другие простые органические соединения – сахара, жирные кислоты и пр. Гликолиз. Процесс расщепления глюкозы в живых организмах носит название гликолиза (<греч. glykys сладкий + lysis пасщепление). Рассмотрим основные его этапы. На первой, предварительной стадии в лизосомах происходит образование простых органических молекул путем расщепления ди- и полисахаридов.