Эукариотические (ядерные) клетки значительно отличаются от прокариотических (безъядерных). Они приобрели обширное количество новшеств на протяжении периода от двух миллиардов до полутора миллиардов лет назад. Как показано на Рис.6, в основном инновации заключались в более сложной клеточной организации. Современные эукариотические клетки из таких непохожих организмов, как дрожжи (грибы), протисты, растения и животные крайне сходны между собой по своему внутреннему устройству. Из этого можно сделать вывод, что их общий предок эволюционировал в широком спектре самых разных внешних условий, в котором на сегодняшний день живут его потомки. Появление первой эукариотической клетки стало главным и основательным успехом. Из-за сходства между генами человека и генами более примитивных организмов, более простые организмы, к примеру, могут быть использованы в качестве моделей для испытания лекарств. Которые затем применяются непосредственно для лечения людей.
В процесс “изобретения” эукариотических клеток был вовлечен целый ряд характерных новшеств. Наиболее удивительные черты эукариотов – это их размер и сложность. Ядерные клетки заметно больше бактериальных по объему: от ста до тысячи раз. У них есть многочисленные внутренние мембраны, которые выстилают маленькие отсеки, называемые органеллами (“маленькими органами”). Органеллы специализированы на выполнение разнообразных функций. ДНК расположена в одной из таких органелл, клеточном ядре. Все РНК копируются с ДНК именно в нем. Подобная специализация малых отсеков клеточного объема была почти невозможна в небольших размерах прокариотических клеток. Более того, в эукариотических клетках содержится большее количество ДНК, в сравнении с прокариотами. К примеру, желудочная бактерия E.coli насчитывает около 4300 генов, тогда как дрожжи – 6300, а человек – 22500. Количество ДНК, не кодирующей РНК и порой называемой мусорной ДНК (довольно опасный термин для вещей, которые непонятны), у эукариотов также намного больше. Таким образом, отношение размера генома (количества нуклеотидных оснований) к количеству генов у сложных животных в сто раз больше в сравнении с бактериями.
У эукариотических клеток развилась поглощать большие частицы еды, тогда как бактерии, окруженные твердой оболочкой для поддержания формы, вынуждены выделять пищеварительные энзимы во внешнее окружение. В отсутствие твердых “окружающих стенок” форма клетки эукариотов обеспечивается за счет распределенного цитоскелета (клеточного скелета). Он представляет собой динамическую, перестраивающуюся структуру и принимать многочисленные конфигурации. Наряду с цитоскелетом, форму клетки поддерживают молекулярные насосы, закачивающие или выкачивающие из ее объема малые ионы (вроде Na+). Их роль заключается в предотвращении разрыва оболочки из-за разницы осмотического давления. После поглощения частицы еды эукариотическая клетка заключает её в пузырёк, окруженный мембраной (везикулу) и транспортирует везикулу внутри цитоплазмы. Эти обособленные отсеки в виде пузырьков, в дальнейшем внутри клетки используются по прямому назначению, сливаясь с другими пузырьками, содержащими пищеварительные энзимы. Число “отсеков”, их природа, размер и функции у разных организмов отличаются. Однако основные механизмы их образования и обмена веществ между отсеками, появились около двух миллиардов лет назад у самых ранних эукариотических предков в результате эволюции.
1) Система органов: дыхательная и кровеносная Органы: поверхность тела Функции: газообмен и транспорт веществ по организму 2) Система органов: выделительная Органы: канальцы Функции: канальцы сообщаются с внешней средой выделительными отверстиями 3) Система органов: половая Органы: семенники и яичники, система протоков Функции: выведение половых клеток 4) Система органов: пищеварительная Органы: пищеварительная трубка, ротовое отверстие, кишка, глотка Функции: переваривание пищи 5) Система органов: нервная Органы: нервные узлы, мозговые ганглии, нервные стволы Функции: возбудимость
Клеточная инженерия – это один из основных разделов современной биотехнологии, основанный на выделении и культивировании тканей и клеток высших многоклеточных организмов. Культивирование тканей и клеток происходит вне организма – in vitro («в пробирке, в колбе, в стеклянной посуде» ) , в специально подобранных условиях. Значение клеточной инженерии: 1. Применение клеточных культур позволяет преодолеть многие проблемы биоэтики (биологической этики) , связанные с умерщвлением животных. Поэтому культуры клеток широко используются в научных исследованиях. 2. В культуре можно выращивать строго определенные клетки в неограниченном количестве. Поэтому культуры клеток и тканей, выделенные из природного материала, широко используются при промышленном производстве биологически активных веществ. В частности, на клеточно-тканевом уровне выращиваются женьшень, родиола розовая и другие лекарственные растения. 3. Из апикальных меристем путем микроклонирования получают посадочный материал ценных сортов растений, свободный от многих болезней (например, от вирусов и микоплазм) , в частности, безвирусный посадочный материал цветочных и плодово-ягодных культур. На питательной среде размножают и каллусные ткани, которые в дальнейшем дифференцируются с образованием целостных растений. 4. Решаются проблемы получения отдаленных гибридов растений. Во-первых, путем соматической гибридизации можно скрещивать растения, которые не скрещиваются обычным путем. Во-вторых, полученные отдаленные гибриды можно воспроизводить, минуя семенное размножение и мейотический фильтр. 5. На культурах клеток получают вакцины, например, против кори, полиомиелита. В настоящее время решается вопрос крупномасштабного производства моноклональных антител на основе гибридомных культур. 6. Сохраняя культуры клеток, можно сохранять генотипы отдельных организмов и создавать банки генофондов отдельных сортов и даже целых видов, например, в виде мериклонов (культур меристем) . 7. Манипуляции с отдельными клетками и их компонентами используются для клонирования животных. Например, ядра из клеток кишечного эпителия головастика внедряются в энуклеированные яйцеклетки лягушки. В результате из таких яйцеклеток развиваются особи с генетически идентичными ядрами.
Генная инженерия представляет собой совокупность методов, позволяющих создавать синтетические системы на молекулярно- биологическом уровне. Генная инженерия дает возможность конструировать функционально активные структуры в форме рекомбинантных ДНК вне биологических систем (in vitro), а затем вводить их в клетки. Практические достижения современной генной инженерии заключаются в следующем: – Созданы банки генов, или клонотеки, представляющие собой коллекции клонов бактерий. Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма (дрозофилы, человека и других) . – На основе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов. На стадии испытаний находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других лекарственных препаратов. – Созданы трансгенные высшие организмы (некоторые рыбы и млекопитающие, многие растения) в клетках которых успешно функционируют гены совершенно других организмов. Широко известны генетически модифицированные растения, устойчивые к высоких дозам определенных гербицидов, а также Bt-модифицированные растения, устойчивые к вредителям. – Разработаны методы клонирования строго определенных участков ДНК, например, метод полимеразной цепной реакции. ПЦР-технологии применяются для идентификации определенных нуклеотидных последовательностей, что используется при ранней диагностике некоторых заболеваний, например, для выявления носителей ВИЧ-инфекции. В настоящее время интенсивно изучается возможность коррекции генома человека (и других организмов) при генетических и негенетических заболеваниях.
В процесс “изобретения” эукариотических клеток был вовлечен целый ряд характерных новшеств. Наиболее удивительные черты эукариотов – это их размер и сложность. Ядерные клетки заметно больше бактериальных по объему: от ста до тысячи раз. У них есть многочисленные внутренние мембраны, которые выстилают маленькие отсеки, называемые органеллами (“маленькими органами”). Органеллы специализированы на выполнение разнообразных функций. ДНК расположена в одной из таких органелл, клеточном ядре. Все РНК копируются с ДНК именно в нем. Подобная специализация малых отсеков клеточного объема была почти невозможна в небольших размерах прокариотических клеток. Более того, в эукариотических клетках содержится большее количество ДНК, в сравнении с прокариотами. К примеру, желудочная бактерия E.coli насчитывает около 4300 генов, тогда как дрожжи – 6300, а человек – 22500. Количество ДНК, не кодирующей РНК и порой называемой мусорной ДНК (довольно опасный термин для вещей, которые непонятны), у эукариотов также намного больше. Таким образом, отношение размера генома (количества нуклеотидных оснований) к количеству генов у сложных животных в сто раз больше в сравнении с бактериями.
У эукариотических клеток развилась поглощать большие частицы еды, тогда как бактерии, окруженные твердой оболочкой для поддержания формы, вынуждены выделять пищеварительные энзимы во внешнее окружение. В отсутствие твердых “окружающих стенок” форма клетки эукариотов обеспечивается за счет распределенного цитоскелета (клеточного скелета). Он представляет собой динамическую, перестраивающуюся структуру и принимать многочисленные конфигурации. Наряду с цитоскелетом, форму клетки поддерживают молекулярные насосы, закачивающие или выкачивающие из ее объема малые ионы (вроде Na+). Их роль заключается в предотвращении разрыва оболочки из-за разницы осмотического давления. После поглощения частицы еды эукариотическая клетка заключает её в пузырёк, окруженный мембраной (везикулу) и транспортирует везикулу внутри цитоплазмы. Эти обособленные отсеки в виде пузырьков, в дальнейшем внутри клетки используются по прямому назначению, сливаясь с другими пузырьками, содержащими пищеварительные энзимы. Число “отсеков”, их природа, размер и функции у разных организмов отличаются. Однако основные механизмы их образования и обмена веществ между отсеками, появились около двух миллиардов лет назад у самых ранних эукариотических предков в результате эволюции.