Клонирование

Хлоропласт. Эти органоиды  содержатся в клетках листьев  и других зеленых органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит  от содержания в них пигмента хлорофилла. Хлоропласт - основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е. образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО2 и  Н2О) при использовании энергии  солнечного света.

 По строению  хлоропласты сходны с митохондриями.  От цитоплазмы хлоропласт отграничен  двумя мембранами - наружной и  внутренней. Наружная мембрана гладкая,  без складок и выростов, а внутренняя  образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта.  Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено  большое количество мембран, образующих  особые структуры - граны. Они  сложены наподобие стопки монет. 

 В мембранах  гран располагаются молекулы  хлорофилла, потому именно здесь  происходит фотосинтез. В хлоропластах  синтезируется и АТФ. Между  внутренними мембранами хлоропласта  содержатся ДНК, РНК и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так  же как и в митохондриях, происходит  синтез белка, необходимого для  деятельности этих органоидов. Хлоропласты  размножаются делением.

 Хромопласты находятся  в цитоплазме клеток разных  частей растений: в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием  хромопластов объясняется желтая, оранжевая и красная окраска  венчиков цветков, плодов, осенних  листьев. 

Лейкопласты. Находятся в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений, например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов разнообразна.

Хлоропласты, хромопласты  и лейкопласты способны клетка взаимному  переходу. Так при созревании плодов или изменении окраски листьев  осенью хлоропласты превращаются в  хромопласты, а лейкопласты могут  превращаться в хлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля.

 Аппарат Гольджи.  Во многих клетках животных, например  в нервных, он имеет форму  сложной сети, расположенной вокруг  ядра. В клетках растений и  простейших аппарат Гольджи представлен  отдельными тельцами серповидной  или палочковидной формы. Строение  этого органоида сходно в клетках  растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его  формы.  

  В состав аппарата  Гольджи входят: полости, ограниченные  мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей . Все эти элементы составляют  единый комплекс.

 Аппарат Гольджи  выполняет много важных функций.  По каналам эндоплазматической  сети к нему транспортируются  продукты синтетической деятельности  клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются,  а затем в виде крупных и  мелких пузырьков поступают в  цитоплазму и либо используются  в самой клетке в процессе  ее жизнедеятельности, либо выводятся  из нее и используются в  организме. Например, в клетках  поджелудочной железы млекопитающих  синтезируются пищеварительные  ферменты, которые накапливаются  в полостях органоида. Затем  образуются пузырьки, наполненные  ферментами. Они выводятся из  клеток в проток поджелудочной  железы, откуда перетекают в полость  кишечника. Еще одна важная  функция этого органоида заключается  в том, что на его мембранах  происходит синтез жиров и  углеводов (полисахаридов), которые  используются в клетке и которые  входят в состав мембран. Благодаря  деятельности аппарата Гольджи  происходят обновление и рост  плазматической мембраны.

 Лизосомы. Представляют  собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмы каждая лизосома  отграничена мембраной. Внутри  лизосомы находятся ферменты, расщепляющие  белки, жиры, углеводы, нуклеиновые  кислоты. 

К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль , внутри которой находится пищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания  пищевой частицы, поступают в  цитоплазму и используются клеткой.

Обладая способностью к активному перевариванию пищевых  веществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности  частей клеток, целых клеток и органов. Образование новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах  цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают  по каналам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которого формируются лизосомы. В таком  виде лизосомы поступают в цитоплазму.

Клеточный центр.  В клетках животных вблизи ядра находится  органоид, который называют клеточным  центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких  тельца - центриоли, расположенные в  небольшом участке уплотненной  цитоплазмы. Каждая центриоль имеет  форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли  играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании  веретена деления.

Клеточные включения. К клеточным включениям относятся  углеводы, жиры и белки. Все эти  вещества накапливаются в цитоплазме клетки в виде капель и зерен различной  величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке и используются в процессе обмена веществ.   Ядро. Каждая клетка одноклеточных и многоклеточных животных, а также растений содержит ядро. Форма и размеры ядра зависят  от формы и размера клеток. В  большинстве клеток имеется одно ядро, и такие клетки называют одноядерными. Существуют также клетки с двумя, тремя, с несколькими десятками  и даже сотнями ядер. Это - многоядерные клетки.

Ядерный сок - полужидкое вещество, которое находится под  ядерной оболочкой и представляет внутреннюю среду ядра. 

в) химический состав клетки.  

  Атомный и  молекулярный состав клетки. В  микроскопической клетке содержится  несколько тысяч веществ, которые  участвуют в разнообразных химических  реакциях. Химические процессы, протекающие  в клетке,- одно из основных  условий ее жизни, развития  и функционирования.

 Все клетки  животных и растительных организмов, а также микроорганизмов сходны  по химическому составу, что  свидетельствует о единстве органического  мира.

  Таким образом,  в клетке нет каких-нибудь особенных  элементов, характерных только  для живой природы. Это указывает  на связь и единство живой  и неживой природы. На атомном  уровне различий между химическим  составом органического и не  органического мира нет. Различия  обнаруживаются на более высоком  уровне организации - молекулярном.

г) гибридизация соматических клеток

В основе метода лежит  слияние клеток, в результате чего образуются гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся гетерокарионы дают начало двум одноядерным  гибридным клеткам. В 1965 английский ученый Г. Харрис впервые получил  гетерокарионы, образованные клетками мыши и человека. Такую искусственную  гибридизацию можно осуществлять между  соматическими клетками, принадлежащими далеким в систематическом отношении  организмам и даже между растительными  и животными клетками. Гибридизация соматических клеток животных сыграла  важную роль в исследовании механизмов реактивации генома покоющейся клетки и степени фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов, клеточного деления, в картировании генов в хромосомах человека, в  анализе причин злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы гибридомы, используемые для  получения моноклональных (однородных) антител.

Первый межвидовой гибрид при слиянии протопластов из клеток разных видов табака был  получен в 1972 П. Карлсоном (США). Гибриды, полученные при слиянии протопластов, имеют важные отличия от половых  гибридов поскольку несут цитоплазму обоих родителей. Возможно создание цибридов, наследующих ядерные гены одного из родителей наряду с цитоплазматическими  генами обоих родителей. Особый интерес  представляют цибриды растений, несущие  цитоплазматические гены устойчивости к различным патогенам и стрессорным  факторам от дикорастущих видов или  цитоплазматические гены мужской стерильности. Слияние протопластов используют также  для получения гибридов с ценными  в хозяйственном отношении свойствами между отдаленными видами, которые  плохо или вообще не скрещиваются обычным путем. Удалось, например, «ресинтезировать»  рапс, являющийся естественным амфидиплоидом  между турнепсом и капустой, получить соматический гибрид картофеля с  томатами и т. д. При слиянии протопластов создают и новые клеточные  линии-продуценты важных соединений.

д) реконструкция клеток

Одним из способов модификации  клеток является введение в них индивидуальных генов, т.е. метод генетической инженерии. Встраивание активного гена на место  отсутствующего или поврежденного  открывает путь для лечения генетических заболеваний человека. Изменять свойства клеток можно, вводя клеточные органеллы (ядра, хлоропласты), изолированные  из одних клеток, в протопласты  других клеток. Так, одним из путей  активизации фотосинтеза растительной клетки может служить введение в  нее высокоэффективных хлоропластов. Искусственные ассоциации растительных клеток с микроорганизмами используют для моделирования на клеточном  уровне природных симбиотических отношений, играющих важную роль в обеспечении растений азотным питанием в природных экосистемах. Рассматривается возможность придания растениям способности к фиксации молекулярного азота при введении в них целых клеток азотфиксирущих микроорганизмов. Реконструкцию клеток проводят также при слиянии клеточных фрагментов (безъядерных, кариопластов с ядром, микроклеток, содержащих лишь часть генома интактной клетки) друг с другом или с интактными (неповрежденными) клетками. В результате получают клетки с различными свойствами, например, цибриды, либо клетки с ядром и цитоплазмой от разных родителей. Такие конструкции используют для изучения влияния цитоплазмы в регуляции активности ядра.

е) улучшение растений и животных на основе клеточных технологий

Выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений составляют основу разнообразных технологий в  сельском хозяйстве. Одни из них направлены на получение идентичных исходной форме  растений (оздоровление и клональное микроразмножение на основе меристемных  культур, создание искусственных семян, криосохранение генофонда при глубоком замораживании меристем и клеток пыльцы). Другие — на создание растений, генетически отличных от исходных, путем или облегчения и ускорения  традиционного селекционного процесса или создания генетического разнообразия и поиска и отбора генотипов с  ценными признаками. В первом случае используют искусственное оплодотворение, культуру незрелых гибридных семяпочек  и зародышей, регенерацию растений из тканей летальных гибридов, гаплоидные растения, полученные при культивировании  пыльников или микроспор. Во втором — новые формы растений создаются  на основе мутантов, образующихся in vitro, и трансгенных растений. Таким  путем получены растения, устойчивые к вирусам и другим патогенам, гербицидам, растения, способные синтезировать  токсины, патогенные для насекомых-вредителей, растения с чужеродными генами, контролирующими  синтез белков холодоустойчивости и  белков с улучшенным аминокислотным составом, растения с измененным балансом фитогормонов и т. д.

Важную роль в  животноводстве сыграла разработка методов длительного хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения. Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на млекопитающих только с освоением техники оплодотворения in vitro, обеспечившей получение достаточного количества зародышей на ранних стадиях  развития. Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии трансплантации эмбрионов и методов  микроманипуляций с ними (получение  однояйцевых близнецов, межвидовые пересадки эмбрионов и получение  химерных животных, клонирование животных при пересадке ядер эмбриональных  клеток в энуклеированные, т. е. с  удаленным ядром, яйцеклетки). В 1996 шотландским  ученым из Эдинбурга впервые удалось  получить овцу из энуклеированной яйцеклетки, в которую было пересажено ядро соматической клетки (вымени) взрослого животного. Эта работа открывает широкие  перспективы в области клонирования животных и принципиальную возможность  клонирования в будущем и человека. В этой же лаборатории было получено еще пять клонированных ягнят, в  геном одного из которых был встроен  ген белка человека. Клеточная  инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью мутационного процесса гибридизации и, более того, комбинировать отдельные фрагменты  разных клеток, клетки различных видов  относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам. Это облегчает  решение многих теоретических проблем  и имеет практическое значение. Клеточная  инженерия – широко используется в селекции растений. Выведены гибриды  томата и картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с измененной наследственностью  позволяют синтезировать новые  формы, сорта, обладающие полезными свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям и болезням. Этот метод и широко используется для «спасения» ценных сортов, пораженных вирусными болезнями. Из их ростков в культуре выделяют несколько верхушечных клеток, еще не пораженных вирусом, и добиваются регенерации из них здоровых растений, сначала в пробирке, а затем пересаживают в почву и размножают.