Воспроизведение клеток

Деление клеток – жизненно важный процесс для всех организмов. В человеческом организме, состоящем примерно из 10¹³ клеток, каждую секунду должны делиться несколько миллионов из них. Существует несколько типов деления клеток.

Митоз – универсальный способ деления эукариотических кле­ток, состоящий из 4 фаз: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. При митозе образуются клетки с наследст­венной информацией, которая качественно и количественно идентична информации материнской клетки

Амитоз – прямое деление ядра две почти равные части, но дочерние клетки получают наборы неидентичные материнскому. Таким способом делятся стареющие и патологически измененные клетки, а также клетки эндосперма и кожного эпителия.

Мейоз (от греч. мейозис – уменьшение) – своеобразный способ деления клеток, приводящий к уменьшению в них числа хромосом вдвое. Мейоз является центральным звеном гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная редупликация ДНК. После двух последовательных мейотических делений из одной клетки с диплоидным набором двухроматидных хромосом (1n4с) образуются четыре клетки с гаплоидным набором однохроматидных хромосом (nс).

Мейоз – основа комбинативной изменчивости, обеспечивая генетическое разнообразие гамет бла­годаря процессам кроссинговера – обмена участками между гомологичными хромосомами в профаза I, расхождения и комбинаторики отцовских и материнских хромосом.

Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне. В зависимости от источников углерода живые организмы делят на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы – организмы, способные создавать органические вещества из неорганических при использовании солнечной энергии (растения и некоторые бактерии). Выделяют фотоавтотрофы – организмы, использующие солнечную энергию (зеленые растения, цианобактерии) и хемоавтотрофы – организмы, использующие энергию неорганических соединений (нитрофицирующие, серобактерии).

Гетеротрофы – организмы, питающиеся готовыми органическими веществами (животные, грибы, многие бактерии). Выделяют сапротрофы – организмы, питающиеся мертвым органическом веществом и биотрофы (биофаги) – организмы, поедающие другие живые организмы.

Миксотрофы – организмы, которые могут питаться и как автотрофы, и как гетеротрофы (эвглена, вольвокс).

Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма – обмена веществ.

Реакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции); реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергетического обмена или диссимиляции). Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой.

Все синтетические процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.

Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме – аденозинтрифосфата (АТФ). Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ.

Энергетический обмен (катаболизм) делится на несколько этапов:

1) подготовительный этап (расщепление сложных углеводов до простых – глюкозы, жиров до жирных кислот и глицерина, белков до АК);

2) бескислородный этап дыхания – гликолиз, в результате глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (ПВК):

C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2АТФ

3) кислородный этап дыхания – полное окисление осуществляется в митохондриях эукариот в присутствии кислорода и образуется 36АТФ.

Пластический обмен (ассимиляция) представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений в клетке. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул. Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды.