XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Согласно корпускулярной концепции описания природы все живые существа состоят из частиц. Рассмотрим в качестве примера, организм человека, который состоит из 60 тысяч миллиардов живых клеток. Первый учёный, который открыл эту мельчайшую частицу был Антонии Ван Левенгук. Роберт Гук – первый учёный, который дал определение понятию «клетка». Сегодня в науке установлено: клетка – элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов, кроме вирусов, о которых нередко говорят, как о неклеточных формах жизни. Клетка обладает собственным обменом веществ, она способна к самостоятельному существованию, развитию и самовоспроизведению. Клетки прокариотов и эукариотов настолько отличаются, что систематики разделяют эти группы организмов как два самых крупных подразделения живой природы – надцарства:

- клетки, у которых отсутствует ядро;

- клетки, имеющие оформленное ядро. 

Клетка состоит из клеточной мембраны, цитоплазмы и ядра.

Клеточная мембрана имеет сложную липидную (жироподобную) структуру внешняя часть которой является гидрофильной, а внутренняя часть гидрофобной. Внутри мембраны находится белок – основной строительный материал не только клетки, но и всего организма. Клеточная мембрана защищает всё содержимое клетки от внешнего воздействия. Кроме того, она удерживает форму клетки как скелет у человека.

Другой составляющей клетки является цитоплазма, которая представляет собой полужидкую субстанцию, заполняющей клетку. В цитоплазме находится множество органелл. Современными учёными найдены следующие органоиды клетки: ядрышко, ядро, рибосома, везикула, аппарат Гольджи, цитоскелет, гладкая эндоплазматическая сеть, митохондрия, вакуоль, цитоплазма, лизосома.

Каждый органоид клетки несёт важную функцию в её жизнедеятельности. Важнейшим органоидом этой клетки является ядро. Ядро – это один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передачу и реализацию наследственной информации с обеспечением синтеза белка. Прежде чем перейти к рассмотрению биосинтеза белка, необходимо рассмотреть понятие наследственной информации.

Наследственная информация – это генетическая информация, которая передается по наследству от родителей потомству. Она обеспечивает преемственность поколений и непрерывность существования биологических видов. Считывание генетической информации и её реализация в процессах биологического синтеза осуществляются с помощью ферментных комплексов и молекул РНК. Главным компонентом – хранителем наследственной информации являются молекулы ДНК. Состоящая из двух цепочек молекула ДНК способна к самоудвоению, при этом обеспечивается точное воспроизведение идентичных дочерних молекул. Кроме того, ДНК служит матрицей для синтеза всех видов РНК. Полагают, что на самых ранних этапах возникновения жизни эту функцию выполняла РНК, но позднее она перешла к ДНК. Наследственная информация закодирована последовательностью нуклеотидов молекул ДНК (у некоторых вирусов – РНК). Она содержит сведения о строении всех ферментов, структурных белков и РНК клетки, а также о системах регуляции их синтеза.

Итак, именно ДНК определяет наследственность организмов, то есть воспроизводящийся в поколениях набор белков и связанных с ними признаков. Биосинтез белков является центральным процессом живой материи, а нуклеиновые кислоты обеспечивают его, с одной стороны, программой, определяющей весь набор и специфику синтезируемых белков, а с другой – механизмом точного воспроизведения этой программы в поколениях.

Самоудвоение, или репликация (от лат. «replicatio» – повторение), – это процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование генетической информации. В основе этого механизма лежит ферментативный синтез ДНК на матрице ДНК или РНК на матрице РНК (у РНК-содержащих вирусов).

Процесс удвоения ДНК, то есть репликация, начинается с того, что двойная спираль ДНК раскручивается, а затем в определенной точке (или в нескольких точках) обе цепи под действием фермента расходятся под определенным углом, образуя активный участок Y-образной формы, перемещающийся вдоль родительской спирали ДНК, который называют репликационной вилкой. Каждая одинарная цепь присоединяет к себе свободные нуклеотиды, имеющиеся в клетке, и достраивается по принципу комплементарности (А–Т и Г– Ц) до двойной.

Таким образом, каждая полинуклеотидная цепочка, выполняя роль шаблона, или матрицы, создает новую цепь. Матрицей называют зеркальную основу печатной формы, служащей для получения стереотипных копий. Поданному принципу осуществляется и репликация дочерних молекул ДНК. В итоге вместо одной молекулы ДНК воссоздаются две молекулы точно такого же нуклеотидного состава, как и первоначальная. Во время репликации ДНК каждая из образовавшихся двухцепочечных молекул имеет одну нить от материнской ДНК, а другую – вновь образованную – дочернюю молекулу ДНК. Сохранение одной первоначальной (материнской) нити в структуре новой молекулы ДНК получило название полуконсервативности ДНК. Вновь синтезированная молекула ДНК полностью идентична первоначальной.

Обычно репликация начинается одновременно во многих точках двухцепочечной молекулы ДНК. Место начала репликации называют точкой инициации. Длинная цепь ДНК реплицируется не вся сразу, а фрагментами.

Участок между двумя точками инициации, в которых осуществляется синтез дочерних нитей, называют репликоном. Репликон является единицей репликации. В каждой молекуле ДНК обычно функционируют несколько репликонов. В каждом репликоне под действием перемещающегося фермента ДНК-полимеразы обе цепи расходятся, образуя вилку, разошедшиеся участки молекулы начинают выполнять роль матрицы, на которой происходит самоудвоение-репликация ДНК. Репликационная вилка прекращает свое движение, только когда встречает соседнюю вилку, движущуюся в противоположном направлении.

Способность к синтезу белка передается по наследству от клетки к клетке и сохраняется ею в течение всей жизни. Основная роль в определении структуры белка принадлежит ДНК, разные участки которой определяют синтез различных белков. Одна молекула ДНК участвует в синтезе нескольких десятков белков. Каждый участок ДНК, определяющий синтез одной молекулы белка, называется геном. Каждый ген – участок двойной спирали ДНК, на котором содержится информация о структуре определенного белка. Молекулы ДНК растений и животных содержатся в хромосомах ядра и отделены ядерной мембраной от цитоплазмы, в которой осуществляется синтез белков на рибосомах. Из ядра в цитоплазму к рибосомам высылается и-РНК, считываемая по принципу комплементарности с ДНК под влиянием фермента РНК-полимеразы.

Таким образом можно сформулировать вывод. Из всех реакций пластического обмена самым значимым считается биосинтез белков. Все клетки живых организмов – растений, животных, грибов, сложные и простые – могут синтезировать белок. В клетке содержится несколько тысяч различных белков. В каждом виде клеток есть специфические белки, характерные только им. Способность синтезировать именно свои уникальные белки передается по наследству от одной клетки к другой и сохраняется на протяжении всей жизни.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для студентов вузов. – 11-е изд., перераб. и доп.– М.: КНОРУС, 2012. – 670 с.

2 Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: Учебное по-собие / Е.Н. Френкель. – Ростов н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.