Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Некоторые клетки усваивают азот и двуокись углерода для питания других клеток Для того чтобы поддерживать свое существование, клетке нужна материя и свободная энергия. ДНК, РНК и белок состоят всего из шести химических эле ментов: водорода, углерода, азота, кислорода, серы и фосфора.
Все они наполняют неживую окружающую среду: земные породы, воду и атмосферу, но находятся в таких химических формах, которые не позволяют клетке легко включить их в биологические молекулы. В частности, атмосферные Х и СО. являются крайне инертными химическими соединениями, и поэтому для протекания реакций, в ходе которых из этих неорганических молекул синтезируются органические соединения, необходимые для дальнейшего биосинтеза, то есть для усвоения азота и углекислого газа в такой форме, в которой И и С становятся доступным сырьем для живых организмов, требуется большое количество свободной энергии. В живых клетках СО, Мпз', гез, %1, СН4, гчН4 и фосфорсодержащие соединения.
В окрест ности такого источника живет плотная популяция бактерий, разрастаясь на этой «строгой диете» и извлекая свободную энергию из реакций, происходящих между «имеющимися в распоряжении» химическими веществами. Другие организмы: моллюски, мидии и гигантские морские черви, в свою очередь, живут за счет оби тающих в гейзере бактерий, формируя целостную экосистему, аналогичную системе растений и животных, к которой принадлежим мы с вами, но только снабжаемую геохимической энергией вместо световой (рис. 1.16).
1.2. Разнообразие геномов и древо жизни 21 многих типов отсутствуют биохимические машины, способные успешно выполнять подобное усвоение, поэтому такие клетки и вынуждены рассчитывать на клетки других классов, которые сделают за них эту работу. Мы, животные, зависим от рас тений в плане снабжения нашего организма органическим углеродом и соединениями азота.
Растения, хотя и могут усваивать углекислый газ из атмосферы, обделены способностью усваивать атмосферный азот и поэтому отчасти зависят от усваи вающих азот бактерий, способных удовлетворить нх потребность в соединениях азота. Например, растения семейства гороха предоставляют кров симбиотическим усваивающим азот бактериям в узелках на своих корнях.
В связи с этим живые клетки значительно отличаются друг от др)та по некото рым ключевым аспектам биохимии. Неудивительно, что клетки со взаимно допол няющими потребностями и способностями развились до уровня тесных сообществ. Некоторые из таких сообществ, как мы увидим ниже, эволюционировали до такой степени, что партнеры полностью потеряли свою самобытность: они объединили усилия и образовали единую сложную клетку. 1.2.3. Наибольшее биохимическое разнообразие наблюдается среди клеток прокариот Благодаря обычной световой микроскопии уже давно стало ясно, что на осно ванин структуры клетки живые организмы могут быть классифицированы на две группы: эукариоты и прокариоты.
В клетках эукариот ДНК находится во внутри клеточной полости, ограниченной ясно различимой мембраной и называемой ядром. Слово «эукариот» буквально переводится с греческого как «истинно ядерный» (содержащий ядро) и происходит от слов еи — «действительно» или «истинно»вЂ” и )гагуоп — «сердцевина» или «ядро». Прокариоты не имеют отчетливой ядерной полости для размен(ения там своей ДНК. Растения, грибы и животные относятся к эукариотам; бактерии — к прокариотам. Прокариотические клетки, как правило, малы в размерах, просты по внешнему виду и живут большей частью как независимые индивиды, а не многоклегочные организмы. Обычно их форма шаровидная или палочковидная, а линейные раз меры составляют несколько микрометров (рис.
1.17). Часто они имеют жесткую защитную оболочку, называемую клеточной стенкой, под которой плазматическая шаровидные клетки папочковидныв (Зйерйнюссиз) клетки (ежугепсйгв соа; Ийпо сйо/агав) мельчайшие клетки спирапьньа клетки (й)усср(вата, (Тгаролета райбит) Зргтр)авиа) Рис. 1.17. Формы и размеры некоторык баигерий. Хотя в большинстве своем бактерии малы, каи по- казано на рисунке, встречаются танже некоторые гигантские виды.
Пример такой крайности (на рисунке не показан) — имеющая форму сигары бактерия Ери)ораоит Лзйе(зопб которая живет в кишечнине рыбы-хирурга и может достигать боо мкм з длину. 22 Часть 1. Введение в мир кдетюе ппазматичеашя днк клеточная сгенка жгутик ! а) рибосомы а цитозопе рис. 1 19. Структура бактерии. а) Нехитрая внутренняя организация бактериии ЕЛЬгго сьогегое. Подобно многим другим видам, Угьпо сьо!егае имеет нз одном конце завитой придаток — жгутик, который вращается словно пропеллер и продеигзет клетку вперед.
б) Электронный микрофотоснимок продольного среза популярного обьектз исследований — бактерии Езсьепсюа сов (Е. соб). Онз похожа нз ЕЛЬг1о сто(егое, но не имеет жгутика ДНК клетки концентрируется е онрзшенной светлой области. (Рис. 6 — любезность Е. Кейепьегбес) мембрана охватывает единственную цитоплазматическую полость, содержащую ДНК, РНК, белки и большое коли честно маленьких молекул, необходимых для жизни клет ки. В электронном микроскопе это внутреннее содержимое клетки выглядит как матрикс с изменяющейся текстурой без видимых признаков какой-либо организованной внутренней структуры (рис.
1.18). Прокариоты обитают в огромном многообразии эколо гических ниш и удивительно разнообразны по своим био химическим способностям — в гораздо большей степени, чем чт .сгчь т т~ д, т 1 мкм способны использовать в качестве пищи органические мо лекулы практически любого типа — от сахаров и амино кислот до углеводородов и болотного газа метана. Известны многие фототрофные виды (рис. 1.19), поглощающие световую энергию множеством способов, причем одни из них генерируют кислород в качестве побочного продукта, а другие этого не делают.
Наконец, встречаются литотрофные виды, которые могут «сидеть» на незамысловатой диете из неорганических питательных веществ: необходимый им углерод получают из СО., а при удовлетворении своих энергетических потреб 10 мкм Рис. 1.19. Фототрофная бактерия ДгюЬаела суапг(пса а сеетоеом микроскопе. Клетки этого вида формируют длинныеые многохлеточные нити. Большинство клеток (мзркироезны букеой У) осущестзляет фотосинтез, кто время из к часть их специализироезлзсь на усвоении кзоте (отмечены буквой и) или развилась е устойчивые к внешним воздействиям споры (обозначены буквой 5).
(Любезность Пахе 6. Аг)згпз.) 1.2. Разнообразие гапонов и древо жизни 23 Рис.1.20. Литотрофная бвнтерия ВердГоато. Этв бактерия живет в серосодержв щит среде к, получает свою энергию в процессе окисления Н,5 и можетусввиввтьуглероддэже в темноте. Обратите внимание не желтые скопления серы внутри клею к.
(Любеэноаь Яв! РЬ УУ. УУовебГ ностей полагаются или на Н. Я (рис. 1. 20), или на Н., Еез', элементарную серу, или на любое другое химическое вещество из имеющихся в окружающей среде. Многие уголки этого мира микроскопи ческих организмов фактически не изведаны. Традиционные методы бактериологии дали нам четкое представление о тех видах, которые могут быть выделены и культивируемы в лаборатории.
Но анализ последовательностей ДНК популяций бактерий в свежих пробах, взятых из естествен ных сред обитания, — таких как почва, или б мкм океаническая вода, или даже рот человека,— открыл нам глаза на тот факт, что микроорганизмы большинства видов не могут быть культивируемы стандартными лабораторными методами. Согласно одной оценке, нам еще предстоит охарактеризовать по меньшей мере 991 видов прокариот.
1.2.4. Три основные ветви древа жизни: бактерии, археи и эукариоты Традиционно классификация живых существ основана на сравнении их внеш них особенностей. Так, мы видим, что рыба имеет глаза, челюсти, хребет, мозг и так далее — так же, собственно, как и мы с вами, а червь всего этого не имеет; розовый куст, скажем, может приходиться двоюродным братом яблоне, но кажет ся нам менее похожим на траву. Мы можем с легкостью интерпретировать такие близкие семейные сходства в плане эволюции от общих предков и можем найти останки многих из этих предков, сохранившиеся в летописи окаменелостей.
Таким образом, появилась возможность начать прорисовку генеалогического древа живых организмов, по которому можно проследить как различные линии наследования, так и точки еисторических» ответвлений, когда предки одной группы видов стали отличаться от таковых другой. Однако, как только различия между организмами становятся очень больши ми, эти методы перестают работать. К примеру, исходя из чего мы можем решить, является ли гриб более близким родственником растению или животному? Когда дело доходит до прокариот, задача становится еще более трудной: одна микро скопическая палочка или шарик очень похожа на другую.
Поэтому микробиологи стремились проводить классификацию прокариот, основываясь на присущих им биохимических процессах и пищевых требованиях. Но этот подход также таит в себе подводные камни. Среди ошеломляющего разнообразия вариантов биохимического поведения трудно распознать, какие отличия действительно отражают различия в эволюционной истории. Анализ геномов преобразил эту задачу, дав нам более простой, более прямой и более действенный способ определения эволюционных отношений. Полная последо 24 Часть 1. Введение в мир клетки вательность ДНК организма определяет его биологический вид с почти совершенной точностью и в исчерпывающих подробностях. Кроме того, эта «специфнкацня», как только мы ее определили, находится в цифровой форме — строки букв, — которую можно непосредственно внести в компьютер и сравнивать с соответствующей инфор мацией о любом другом живом существе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
