Глава 3 ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Основная форма существования жизни — клетка, в которой протекают все физиологические процессы как у одноклеточных, ?так и у многоклеточных организмов. Рост и размножение организмов связаны За последние 20—25 лет цитология из описательно-морфоло­гической превратилась в экспериментальную науку, задача ко­торой заключается в изучении физиологии клетки, ее основных жизненных функций и свойств, ее биологии. Такое всестороннее изучение клеточных структур возможно благодаря тому, что ци­тологические методы исследования взаимосвязаны с научными и практическими достижениями генетики, биохимии, биофизики и молекулярной биологии. Современная цитология изучает клетку как основную единицу жизнедеятельности любого жи­вого организма. Она рассматривает клетку не только как сово­купность морфологических структур, но и как физиологическую систему.

Совокупность биохимических процессов, обеспечивающих рост и развитие клетки, называется обменом веществ или метаболизмом. Для живой клетки характерна способность к росту и размножению. Каждая клетка на определенной ста­дии делится и дает начало двум дочерним клеткам. Клетки разнообразны по форме, величине, степени дифференциации и функциям.

3.1. Строение и компоненты клетки. Клетка является элемен­тарной единицей жизни: в ней есть все необходимое для под­держания обмена веществ и размножения. Соматические и по­ловые клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточные организмы сходны по строению. Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток. Наиболее простое строение имеют клетки бактерий и сине-зеленых водо­рослей, которые объединяются в прокариотическую группу. У них нет морфологически выраженного ядра. Клетки всех остальных представителей живого мира относятся к эука-риотической (ядерной) группе, потому что у них обяза­тельной структурой является клеточное ядро, отделенное от ци­топлазмы ядерной оболочкой. Кроме ядра и вакуолей, в цито­плазме существует целый набор специальных структур, или органелл, выполняющих специфические функции (рис. 14).

Ядро —это центр, управляющий жизнедеятельностью всей клетки и координирующий ее. Оно имеет сложное строение, из­меняющееся на разных этапах жизненного цикла клетки. В не­делящейся клетке (интерфазе) ядро занимает приблизительно 10—20 °/о ее объема. Оно окружено ядерной оболочкой (мем­браной), пронизанной порами, через которые осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Внутри ядра на­ходится хроматин, одно или. несколько ядрышек и ядерный сок (кариолимфа, или нуклеоплазма). В световом микроскопе в яд­ре можно различить сетчатую структуру из хроматина. По дан­ным электронной микроскопии, эта сеть есть не что иное, как хромосомы, которые становятся хорошо различимыми только во время деления клетки. Ядрышки — тельца, связанные с хромосомами, содержат большое количество рибонуклеиновой кислоты (РНК). В ядрышках происходит синтез рибосомной|РНК. Энергия в клетке вырабатывается митохондриями — ' особыми сферическими или палочковидными образованиями раз­нообразной величины и сложной структуры. При исследовании цитоплазмы с помощью электронного микроскопа, была от­крыта система мембран и канальцев, служащих продолжением клеточной мембраны и связанных с внешней мембраной ядер-

14 13

Рис. 14. Строение и размеры некоторых органоидов растительной клетки (по

данным электронной микроскопии):

Г-*- ядерная мембрана (оболочка); -2 — ядрышко; 3 —ядро; 4 — пиноцитозный пузырек; 5 — эндоплазматическая сеть; 6 — митохондрии; 7 — рибосомы; 8 — пластиды; 9 — крах­мальное зерно; 10 — вакуоль; //— тонопласт; 12 — аппарат Гольджи; 13 — плазмолемма; 14 — оболочВажнейшими структурными элементами клетки являются пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты и др.), характерные для цитоплазмы растительных клеток. Хлоро­пласты содержат хлорофилл, участвующий в процессах фото- * синтеза. Бесцветные пластиды синтезируют крахмал, хромо­пласты— пигменты, эупласты — жиры и пластидные нуклеи­новые кислоты.

В цитоплазме клетки обнаружены специфические органоиды: аппарат Гольджи, лизосомы и центросомы. Аппарат Голь-джи обеспечивает выделительную и секреторную функции клетки, так как он может исчезать и вновь появляться в клет­ках. Л из о со мы^тела, содержащие ряд ферментов и вы­полняющие функцию пищеварения внутри клетки. Центре-сома — (клеточный центр) состоит из двух компонентов: не­больших 'телец центриолей и центросферы — особым образом дифференцированного участка цитоплазмы. С центросомой связано формирование ахроматинового веретена, возникающего в период деления клеток. В клетках цветковых растений центро­сомы не найдены, здесь ахроматиновое веретено закладывается на полюсах деления в виде так называемых полярных колпач­ков.

Клеточная мембрана имеет сложное строение, при­способленное к выполнению определенных функций: защитной, избирательной, проницаемости и активного втягивания частиц и молекул.

3.2. Митоз и его генетическое значение. Передача наследст­венных признаков потомству как при вегетативном, так и при половом размножении осуществляется делением клеток. Изуче­ние процессов деления клеток показало, что из всех клеточных компонентов только хромосомы распределяются поровну между дочерними клетками. Это указывает на участие хромосом в пе­редаче наследственных признаков, В результате деления ядра каждая 'дочерная клетка получает точно такой же набор хромо­сом, как у исходной родительской клетки. В этом уравнитель­ном распределении хромосом ядра заключается генетическое значение митоза. Предполагают, что пластиды и митохондрии размножаются путем деления, но распределение их по дочерним клеткам не подчиняется строгой закономерности.

Деление клетки состоит из двух основных этапов: деление ядра — митоз (кариокинез) и деление цитопла'змы (цитокинез). При делении ядро клетки проходит последовательные стадии:интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 15). Между двумя последовательными делениями клетки ядро нахо­дится в стадии интерфазы. Хотя интерфазу и называют стадией покоящегося ядра, но метаболические процессы в ядре в этот период протекают наиболее активно.

В профазе — первой стадии митоза — хромосомы спирализуются и становятся видимыми в световом микроскопе как двойные нити. Половинки хромосом — хроматиды — в про-

фазе удерживаются вместе при помощи- общего участка, назы ваемого центромерой, которая делится позднее. Это свидетельствует о том, что процесс удвоения, или редупликации,

хромосом, при котором каждая из материнских хромосом строит

Рис. 15. Схема митоза в- клетках: