Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования Российской Федерации
ГБОУ ВПО « Курский государственный медицинский университет»
Минздравсоцразвития РФ
Факультет биотехнологии.
Кафедра биологии, медицинской генетики и экологии.
Самостоятельная работа по биологии на тему:
«Клетка»
Курск- 2014
Введение
Цитология - наука о клетке. Наука о клетке называется цитологией (греч. "цитос"-клетка, "логос"-наука). Предмет цитологии - клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточных организмов, к числу которых относятся бактерии, простейшие и одноклеточные водоросли. Цитология изучает строение и химический со-став клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Современная цитология - наука комплексная. Она имеет самые тесные связи с другими биологическими науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией, учением об эволюции органического мира, а также с молекулярной биологией, химией, физикой, математикой. Цитология - одна из относительно молодых биологических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина "клетка" насчитывает свыше 300 лет. Клетка (от лат. cellula - ячейка) - структурно-функциональная единица всех живых организмов, для которой характерен свой метаболизм и способность к воспроизводству.
Впервые название "клетка" в середине XVII в. применил Р. Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток.
1. История открытия клетки
Огромное большинство клеток имеет микроскопически малые размеры и не может быть рассмотрено невооруженным глазом. Увидеть клетку и начать ее изучение оказалось возможным лишь тогда, когда были зобретен микроскоп. Первые микроскопы появились в начале XVII столетия. Для научных исследований микроскоп впервые применил английский ученый Роберт Гук (1665).Рассматривая под микроскопом тонкие срезы пробки, он увидел на них многочисленные мелкие ячейки. Эти ячейки, отделенные друг от друга плотными стенками, Гук назвал клетками, применив впервые термин «клетка».
В последующий период, охвативший вторую половину XVII столетия, весь XVIII в. и начало XIX в. Шло усовершенствование микроскопа и накапливались данные о клетках-животных и растительных организмов. К середине XIX столетия микроскоп был значительно усовершенствован и стало многое известно о клеточном строении растений и животных. Основные материалы о клеточном строении растений в это время были собраны и обобщены немецким ботаником М. Шлейденом.
Все полученные данные о клетке послужили основой для создания клеточной теории строения организмов, которая была сформулирована в 1838 г. немецким зоологом Т. Шванном. Изучая клетки животных и растений, Шванн обнаружил, что они сходны по своему строению, и установил, что клетка представляет собой общую элементарную единицу строения животных и растительных организмов. Теорию о клеточном строении организмов Шванн изложил в классической работе «Микроскопические исследования о соответствии в строении и росте животных и растений».
В начале прошлого столетия знаменитый ученый, академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и показал, что все организмы начинают свое развитие из одной клетки. Эта клетка представляет собой оплодотворенное яйцо, которое дробится, образует новые клетки, а из них формируются ткани и органы будущего организма.
Открытие Бэра дополнило клеточную теорию и показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.
Чрезвычайно существенным дополнением к клеточной теории было и открытие деления клеток. После открытия процесса клеточного деления стало совершенно очевидно, что новые клетки образуются путем деления уже существующих, а не возникают заново из неклеточного вещества.
Теория клеточного строения организмов включает также важнейшие материалы для доказательства единства происхождения, строения и развития всего органического мира. Ф. Энгельс высоко оценил создание клеточной теории, поставив ее по значению рядом с законом сохранения энергии и теорией естественного отбора Ч. Дарвина.
К концу XIX в. микроскоп был усовершенствован настолько, что стало возможным изучение деталей строения клетки и были открыты основные ее структурные компоненты. Одновременно стали накапливаться знания об их функциях в жизнедеятельности клетки. К этому времени и относится появление цитологии, которая в настоящее время представляет собой одну из наиболее интенсивно развивающихся биологических дисциплин.
К важнейшим событиям, связанным с ранним развитием клеточной биологии относятся:
1665 - Роберт Гук впервые увидел мертвые клетки, изучая строение пробки под микроскопом. Гук считал, что клетки пустые, а живым веществом являются клеточные стенки.
1650-1700 - Антони ван Левенгук впервые наблюдал под микроскопом живые клетки, в частности простейшие, а также эритроциты.
1831-1839 - Роберт Браун описал ядро, как сферическое тельце, имеющееся в растительных клетках.
1838-1839 - ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн, объединив идеи разных ученых, создали клеточную теорию, согласно которой клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов.
1840 - Пуркинье предложил название протоплазма для обозначения клеточного содержимого, убедившись в том, что именно содержание, а не клеточные стенки, является живым веществом.
1855 - Вирхов доказал, что все клетки образуются из других клеток путем деления.
1866 - Геккель установил, что сохранение и передачу наследственных признаков осуществляет ядро.
1866-1898 - описаны основные компоненты клетки, которые можно увидеть под оптическим микроскопом. Цитология приобретает характер экспериментальной науки.
1900 - за появлением генетики начинает развиваться цитогенетика, изучающая поведение хромосом во время деления и оплодотворения, ее влияние на наследственные признаки организмов.
1946 - в биологии началось использование электронного микроскопа, что позволило изучать ультраструктуры клеток.
2. Клеточная теория
Клеточную теорию сформулированы в 1838-1839 годах ботаником Матиасом Шлейденом и зоологом Теодор Шванн. Эти ученые доказали принципиальную сходство между собой животных и растительных клеток, и на основе всех накопленных к тому времени знаний постулировали, что клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов. 1855 Рудольф Вирхов дополнил клеточную теорию утверждению лат. «Omnis cellula eх cellula» - «Каждая клетка - из клетки».
Клеточная теория является одной из основополагающих идей современной биологии, она стала неоспоримым доказательством единства всего живого и фундаментом для развития таких дисциплин как эмбриология, гистология и физиология. Основные положения клеточной теории не потеряли своей актуальности, однако после создания она была дополнена, и теперь она включает следующие утверждения:
1 Клетка - элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов, вне клетки нет жизни.
2 Клетка - целостная система, содержащая большое количество связанных друг с другом элементов - органелл.
3 Клетки разных организмов похожи (гомологичные) по строению и основными свойствами и имеют общее происхождение.
4 Увеличение количества клеток происходит путем их деления, после репликации ее ДНК: клетка - от клетки.
5 Многоклеточный организм - это новая система, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных между собой с помощью химических факторов: гуморальных и нервных.
6 Клетки многоклеточных организмов имеют одинаковый набор генетической информации, но отличаются по уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что приводит к их морфологической и функциональной разнообразия - дифференциации.
3. Структура клетки. Химический состав
Сходство химического состава клеток всех организмов служит
доказательством единства живой природы. Вместе с тем нет ни одного
химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в телах неживой природы. Это подтверждает мнение о единстве живой материи.
Элементы, входящие в состав клетки, %
Кислород 65--75
Магний -- 0,02--0,03
Цинк - 0,0003
Углерод -- 15--18
Натрий -- 0,02--0,03
Медь -- 0,0002
Водород -- 8--10
Кальций -- 0,04--2,00
Йод -- 0,0001
Азот-- 1,5--3,0
Железо -- 0,01--0,015
Фтор -- 0,0001
Калий--0,15--0,40
Сера -- 0,15--0,20
Фосфор -- 0,20--1,00
Хлор -- 0,05--0,10
В приведенном перечне кислород, углерод, водород и азот -- группа
элементов, которыми живые существа богаче всего. Вторая группа объединяет 8 элементов, представленных десятыми и сотыми долями процента. Их общая масса -- около 1,9 %. В третью группу входят такие элементы, которых в живой клетке очень мало,-- микроэлементы, но и они совершенно необходимы для ее нормального функционирования. В живых организмах все эти элементы входят в состав неорганических и органических соединений, которые и образуют живую материю. В основном клетки живых существ построены из органических веществ. В состав клеток входят и неорганические соединения. За исключением воды, они составляют незначительную долю по сравнению, с содержанием органических веществ.
В то время как неорганические соединения существуют и в неживой природе, органические соединения характерны только для живых организмов. В этом существенное различие между живой и неживой природой.
4. Строение клетки. Органоиды и их функции
Клетка любого организма, представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Помимо эти составляющих клетки, могут быть разные органоиды. Но их состав зависит от того, какая это клетка: эукариот или прокариот.
Наружная клеточная мембрана. С помощью светового микроскопа можно видеть только довольно толстую оболочку растительных клеток, клеток простейших, но не удается обнаружить оболочку у большинства клеток многоклеточных животных.
Электронно-микроскопические исследования позволили установить, что любая клетка растений и животных, бактерий и простейших имеет очень тонкий внешний покров, который называется наружной мембраной клетки («мембрана»- кожица, пленка, лат.). Те же оболочки, которые обычно видны в световой микроскоп, и в первую очередь толстые оболочки растительных клеток, состоящие у большинства растений из клетчатки, представляют собой лишь дополнительные образования на поверхности этой наружной мембраны.
Толщина наружной мембраны около 75 А, и, конечно, такая тонкая пленка не может быть видна под световым микроскопом. Но, несмотря на столь незначительную толщину, в состав наружной мембраны входят три слоя. На электронно-микроскопической фотографии показаны мембраны двух соседних клеток, и в каждой из мембран видны три слоя: два темных, один из которых расположен на наружной поверхности, граничащей с внешней средой, второй же обращен непосредственно к цитоплазме клетки, а третий, светлый слой расположен в середине, между двумя темными. Оба темных слоя мембраны состоят из молекул белков, а средний, светлый слой - из молекул жиров.
Наружная мембрана клетки пронизана многочисленными мельчайшими отверстиями - порами, через которые внутрь клетки из внешней среды могут проникать только ионы, вода и мелкие молекулы многих других веществ, находящихся во внешней среде, окружающей клетку. Через поры могут также выходить из клетки во внешнюю среду разнообразные вещества.
Но через мельчайшие поры наружной мембраны в клетку из окружающей среды не могут проникать довольно крупные частицы твердых веществ, например частички пищи, имеющие размеры в несколько микрон, а также крупные молекулы органических веществ, например белков. Проникновение относительно крупных твердых частиц в клетку осуществляется путем фагоцитоза («фагос» - пожирать, «цитос» - клетка, греч.). Здесь видно, что частичка пищи или какого-либо другого вещества сначала очень близко подходит к наружной клеточной мембране. Затем в месте контакта с такой частицей мембрана образует впячивание, направленное внутрь клетки. Это впячивание постепенно углубляется, и частичка, попавшая в него, погружается внутрь клетки, в ее цитоплазму.
У одноклеточных животных, или простейших (например, инфузорий, амеб), фагоцитоз выполняет функцию питания, и все твердые пищевые частички попадают внутрь их клетки именно таким путем. У многоклеточных животных и человека функцию фагоцитоза осуществляют только специализированные клетки, например белые кровяные тельца, которые поглощают бактерий, попавших в организм, пыль и другие твердые частички. Этим клеткам, способным к фагоцитозу, принадлежит функция защиты организма от разнообразных посторонних, попавших в него частиц, например от патогенных бактерий. В процессах фагоцитоза наружная клеточная мембрана принимает активное участие; способность к фагоцитозу - одна из важных ее функций.
Через наружную мембрану в клетку попадают и капли жидкости, содержащие в растворенном виде разнообразные вещества. Процесс поглощения жидкости в виде мелких капель напоминает питье и потому был назван пиноцитозом («пино»- пью, «цитос» - клетка, греч.).
На схема пиноцитоза, процесс поглощения жидкости клеткой сходен с процессом фагоцитоза: вначале капля жидкости сближается с наружной клеточной мембраной, которая в этом месте образует многочисленные мелкие складочки. Затем образуется впячивание с попавшей в него каплей жидкости, которое постепенно углубляется и, наконец, полностью отделяется от поверхности, и капля жидкости оказывается в цитоплазме клетки. Пиноцитоз - еще одна важная функция наружной клеточной мембраны, присущая клеткам всех животных и растений.
Итак, через наружную клеточную мембрану постоянно осуществляется обмен веществ между клеткой и окружающей средой: благодаря наличию пор мембрана регулирует проникновение ионов и мелких молекул в клетку и из клетки, через нее в клетку поступают и более крупные, твердые и растворенные в воде вещества. Но, кроме этих важных функций, наружная мембрана выполняет и много других не менее важных биологических функций. Она отграничивает цитоплазму и все органоиды клетки от внешней среды, причем легко и быстро восстанавливает свою целостность после небольших повреждений. Соединение клеток в разнообразные ткани многоклеточных организмов также осуществляется за счет наружной мембраны, которая образует многочисленные складки и выросты, увеличивающие прочность клеточных соединений. Они хорошо видны на микрофотографии.
Большинство клеток многоклеточных животных, например эпителиальные клетки крови, печени, почек и др., имеют только одну наружную мембрану, которая и представляет их единственный внешний покров. У других же клеток, например у отростков нервных клеток, у многих простейших, внешний покров состоит из нескольких прилегающих друг к другу мембран, образующих прочную клеточную оболочку, которая обычно бывает, видна с помощью светового микроскопа. Отличительную черту клеток растений, как уже упоминалось выше, представляет толстая клеточная оболочка, состоящая из клетчатки, особого органического вещества пектина или из других веществ. Эта оболочка располагается над наружной цитоплазматической мембраной, образуется за счет активной деятельности мембраны и представляет собой прочный внешний покров растительных клеток.
Цитоплазма и ее органоиды
Цитоплазма, отграниченная от внешней среды наружной мембраной, заполняет всю клетку, и в ней располагаются различные органоиды и ядро. Это внутренняя полужидкая среда клетки, которая содержит большое количество воды, а из органических веществ в ней преобладают белки. На электронно-микроскопических фотографиях основная масса цитоплазмы имеет мелкозернистое строение. Во многих клетках, например в клетках эпителия, в ней видны тончайшие нити, располагающиеся во всех участках клетки и выполняющие роль опорных (скелетных) структур. Цитоплазма связывает все клеточные органоиды и ядро в одно целое и обеспечивает их взаимодействие друг с другом.
Митохондрии
Митохондрии («митос» - нить, «хондрион» - зерно, гранула, греч.)- это тельца размером примерно от 0,2 до 7 мкм, разнообразные посвоей форме: округлые, овальные, палочковидные, нитевидные. Располагаются митохондрии в цитоплазме клеток, и количество их в разных клетках может варьировать от 2-3 до 1000 и более. Подсчитано, например, что в одной клетке печени млекопитающих содержится около 2500 митохондрий.
Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение в клетке, сосчитать их количество. При электронно-микроскопическом исследовании обнаружено, что каждая митохондрия имеет довольно сложное строение. Схема строения митохондрии, а также на электронно-микроскопической фотографии видно, что внешний покров этого органоида представлен двумя мембранами: наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, наоборот, образует многочисленные складки, которые направлены во внутреннюю полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называются кристами («криста» - гребень, вырост, лат.). У большинства клеток во внутренней полости митохондрии кристы располагаются в поперечном направлении. Некоторые кристы могут разветвляться. В одной митохондрии обычно бывает множество крист, и они плотно прилегают друг к другу, а незначительное пространство, которое остается между ними, заполнено полужидким веществом с мелкозернистым строением.
Наружная и внутренняя мембраны митохондрий имеют такое же трехслойное строение, как и наружная мембрана клетки. В их состав входят белки и жиры. На наружной и внутренней мембранах митохондрий и особенно на кристах располагается большое количество разнообразных ферментов. К числу ферментов митохондрий относятся, прежде всего те, с помощью которых осуществляется дыхание клеток, а также синтез особого вещества, которое называется аденозинтрифосфорной кислотой или, сокращенно, АТФ. Это вещество обладает большими запасами энергии, которая освобождается при распаде АТФ, постоянно происходящем в митохондриях под влиянием ферментов. Энергия используется клетками при синтезе разнообразных веществ, при выработке тепла, нужного для поддержания температуры тела, при движении и других проявлениях жизнедеятельности.
АТФ синтезируется в митохондриях всех клеток, всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии. Поэтому митохондрии образно называются силовыми или энергетическими станциями клетки; они обязательный органоид каждой растительной и животной клетки.
Пластиды.
Пластиды - это органоиды растительных клеток, и наличиепластид отличает клетки растений от клеток животных. Пластиды располагаются вцитоплазме. Различается три основных типа пластид: 1) зеленые - хлоропласты; 2)окрашенные в красный, оранжевый и другие цвета - хромопласты и 3) бесцветные - лейкопласты.
Хлоропласты находятся в клетках листьев и других зеленых частях растений. Характерный для хлоропластов зеленый цвет зависит от особого находящегося в них зеленого пигмента хлорофилла. Благодаря хлорофиллу зеленые растения способны использовать световую энергию Солнца и за счет солнечной энергии синтезировать органические вещества из неорганических. Процесс созидания органических веществ из неорганических носит название фотосинтеза. Он происходит только в хлоропластах.
Хромопласты окрашивают венчики цветков, плоды, овощи и листья в разныецвета: от желтого и оранжевого до различных оттенков красного цвета.
Лейкопласты содержатся в клетках бесцветных частей растений: в стеблях, корнях, клубнях. Все эти типы пластид тесно связаны друг с другом возможностью взаимного перехода. Так, при созревании плодов или при изменении окраски листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты, а лейкопласты могут свободно превращаться в хлоропласты, например при позеленении клубней картофеля.
Все три типа пластид хорошо видны под световым микроскопом, так как размеры их обычно равны нескольким микрометрам. Например, хлоропласты могут быть 4-6 мкм и больше.
Тонкое строение пластид было изучено с помощью электронного микроскопа. Мы рассмотрим подробно строение хлоропластов. У большинства растений хлоропласты имеют форму дисков, отграниченных от цитоплазмы двумя мембранами. Каждая из мембран хлоропласта, т.е. наружная и внутренняя, обладает таким же строением, как и наружная мембрана клетки, и в состав обеих мембран входит три слоя.
На микрофотографии видно, что внутри хлоропласта находится большое количество прямоугольных гран. Каждая грана представляет собой скопление, или группу, тончайших пластинок, сложенных друг с другом наподобие столбика монет. В поперечном сечении они выглядят округлыми, диаметр одной граны около 1 мкм. В состав одной граны входит около 10 пластинок, а в одном хлоропласте содержится несколько десятков гран, которые соединены между собой также тонкими пластинками. Зеленый пигмент хлорофилл находится только в гранах; в других частях хлоропласта его нет, и именно в гранах происходит фотосинтез.
Лизосомы.
Лизосомы - небольшие округлые тельца, располагающиеся во всех частях клетки. Диаметр одной лизосомы около 1 мкм. От цитоплазмы лизосомы отграничены плотной мембраной. Внутри них сконцентрированы ферменты, которые способны расщеплять все пищевые вещества, поступающие в клетку. Расщепление пищевых веществ с помощью ферментов называется лизисом, откуда и происходит название самого органоида - лизосома. В одной клетке лизосом может быть много, например несколько десятков, и совокупность лизосом можно образно назвать пищеварительной системой клетки. Лизосомы обнаружены во многих клетках животных, и в последнее время они найдены также и в клетках растений.
Эндоплазматическая сеть.
Этот органоид был открыт только при электронно-микроскопическом исследовании клеток. Эндоплазматическая сеть представляет собой сложную систему каналов и полостей размером до 500 А, которые соединяются между собой и образуют сложную ветвящуюся сеть, пронизывающую всю цитоплазму клетки.
Каналы и полости эндоплазматической сети ограничены мембранами, которые имеют такое же строение, как и наружная мембрана клетки, т.е. каждая из них состоит из трех слоев.
Различается два типа эндоплазматической сети: шероховатая и гладкая. На мембранах первого типа располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые и придают мембранам каналов и полостей шероховатый вид. Мембраны второго типа, т.е. гладкой эндоплазматической сети, не несут рибосом на своей поверхности.
О функциях этого органоида известно следующее: шероховатая эндоплазматическая сеть принимает активное участие в синтезе белков. На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез жиров и полисахаридов. Эти продукты синтеза накапливаются в каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где они и потребляются. Кроме того, в многочисленные каналы и полости эндоплазматической сети постоянно поступают и транспортируются в различные участки клетки вещества из окружающей среды. Поступают в нее и вещества, выходящие из клетки.
Следовательно, эндоплазматическая сеть - это клеточный органоид, который принимает активное участие не только в синтезе белков, полисахаридов и жиров, но и в транспортировании и накоплении различных веществ в клетке.
Эндоплазматическая сеть обнаружена во всех клетках животных и растений, всеобщее распространение этого органоида еще раз свидетельствует о важности его функций, которые сейчас интенсивно изучаются.
Рибосомы.
Так же как эндоплазматическая сеть, рибосомы были открыты с помощью электронного микроскопа, поскольку эти органоиды клетки обладают исключительно мелкими размерами. Рибосомы - это тельца округлой формы диаметром 150 - 200 А. На электронно-микроскопической фотографии видно, что в клетке очень много рибосом и что большинство из них располагается на мембранах эндоплазматической сети. Кроме того, много рибосом свободно располагается в цитоплазме, а также в ядре клетки. В состав рибосом входят белок и рибонуклеиновая кислота (РНК).
Рибосомы обнаружены во всех клетках многоклеточных животных и растений, а также в клетках одноклеточных организмов. Это показывает, что рибосомы - обязательный органоид каждой клетки, выполняющий важнейшую биологическую функцию: на рибосомах синтезируется белок.
Рибосомы - именно тот органоид клетки, где происходит синтез белковых молекул, т.е. сборка их из молекул аминокислот, имеющихся в цитоплазме и ядре каждой клетки. Поскольку рибосомы выполняют важнейшую функцию синтеза белка, их можно называть «сборочными конвейерами» клетки.
Белки, синтезированные на рибосомах, накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к тем органоидам клетки, где они потребляются. Основная масса белков синтезируется на рибосомах, сконцентрированных на мембранах шероховатой эндоплазматической сети, и эти два органоида, как отмечено выше, представляют единый аппарат синтеза и транспортировки образующихся в клетке белков.
Комплекс Гольджи.
Комплекс Гольджи - органоид клетки, названный так по имени итальянского ученого К. Гольджи, который впервые увидел его в цитоплазме нервных клеток (1898) и обозначил как сетчатый аппарат. Сейчас комплекс Гольджи обнаружен во всех клетках растительных и животных организмов. Форма и размеры его сильно варьируют. Во многих клетках, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра (рис. 59); в клетках растений, простейших комплекс Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. Электронно-микроскопическое строение этого органоида одинаково в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы. В комплекс Гольджи входят три основных структурных компонента: 1) крупные полости, расположенные группами (по 5 - 8); 2) сложная система трубочек, отходящих от полостей; 3) крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах трубочек. Все эти элементы составляют единый комплекс и ограничены мембранами такого же строения, как и наружная мембрана клетки.
Комплекс Гольджи выполняет много важных биологических функций: к нему транспортируются по каналам эндоплазматической сети продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из внешней среды. Это в первую очередь белки, синтезирующиеся в клетке, секреты белковой природы, вырабатываемые во многих клетках, желток, образующийся в яйцевых клетках при их созревании, полисахариды и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются в элементах комплекса Гольджи, а затем в виде капелек или зерен поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее во внешнюю среду.
Клеточный центр.
Клеточный центр состоит из двух очень маленьких телец, каждое из которых имеет размеры меньше 1 мкм, и особого плотного участка цитоплазмы. Тельца клеточного центра называются центриолями, а уплотненный участок цитоплазмы, в центре которого они находятся. - центросферой.
Электронно-микроскопические исследования показала, что каждая центриоль имеет форму цилиндра, стенка которого состоит из 9 пар мельчайших трубочек.
Клеточный центр обычно располагается вблизи ядра. Такое расположение клеточного центра особенно характерно для клеток многоклеточных животных. Клеточному центру принадлежит важная роль при делении клетки.
Органоиды специального значения.
К этой группе относятся те органоиды, которые связаны с выполнением клетками каких-либо специальных функций. Примером таких органоидов могут служить реснички и жгутики, выполняющие функцию движения у инфузорий и жгутиконосцев среди простейших. Ресничками также снабжены многие эпителиальные клетки многоклеточных животных, например эпителий дыхательных путей, где реснички выполняют функцию движения, удаляя попавшие в организм частички пыли. В мышечных клетках животных и человека содержатся тончайшие нити - миофибриллы, за счет которых осуществляется сокращение мышц. У простейших, во многих клетках многоклеточных организмов, и особенно в эпителиальных, находятся очень тонкие опорные нити, выполняющие роль внутриклеточного скелета.
Включения.
В отличие от органоидов включения принадлежат к числу непостоянных клеточных структур. Они то появляются, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки. Включения хорошо видны в световой микроскоп в форме плотных зерен, жидких капель, вакуолей и кристаллов. Многие из этих включений представляют собой запасные питательные вещества, которые постоянно используются клеткой. Это капельки жира, зерна крахмала и гликогена, а также белка. В некоторых клетках запасные питательные вещества откладываются в больших количествах. Так, в клетках печени накапливается много гликогена, в клетках подкожной жировой клетчатки животных и человека происходит накопление жира. Отложений белка много в яйцевых клетках различных животных. Клетки растений также богаты запасными питательными веществами: в них можно найти полисахариды (крахмал и др.), жиры и белковые включения, которых много в семенах, клубнях. Например, в клетках клубней картофеля накапливается огромное количество крахмала.
клетка мембрана лизосома рибосома
5. Методы исследования клеток
Впервые клетки удалось увидеть только после создания световых микроскопов, с того времени и до сих пор микроскопия остается одним из важнейших методов исследования клеток. Используется световая (оптическая) микроскопия, несмотря на свою сравнительно небольшую разрешение имеет то преимущество, что позволяет наблюдать за живыми клетками. В ХХ веке была изобретена электронная микроскопия, которая дала возможность изучить ультраструктуру клеток.
Для изучения функций клеток и их частей используют различные биохимические методы как препаративные, например фракционирования методом дифференциального центрифугирования, так и аналитические. Для экспериментальных и практических целей используют методы клеточной инженерии. Все упомянутые методические подходы могут использоваться в сочетании с методами культуры клеток.
Оптическая микроскопия
В оптическом микроскопе увеличение объекта достигается благодаря серии линз, через которые проходит свет. Максимальное увеличение, которое можно достичь благодаря оптическому микроскопу составляет около 1000. Еще одной важной характеристикой является разрешение - расстояние между двумя точками, которые еще распознаются отдельно, другими словами разрешение характеризует четкость изображения. Эта величина ограничивается длиной световой волны, даже при использовании наиболее коротковолнового света - ультрафиолетового - можно достичь только разрешения около 200 нм, такое разрешение было получено еще в конце XIX века. Таким образом маленькие структуры, которые можно наблюдать под оптическим микроскопом это митохондрии и небольшие бактерии, линейный размер которых составляет примерно 500 нм. Однако объекты, меньше 200 нм, видны в световом микроскопе, если они сами излучают свет. Эта особенность используется в флуоресцентной микроскопии, при которой клеточные структуры или отдельные белки связываются со специальными флуоресцентными белками или антителами с флуоресцентными метками. На качество изображения, полученного с помощью оптического микроскопа, влияет также контрастность, ее можно увеличить используя различные методы окраски клеток. Для изучения живых клеток используют фазово-контрастную и дифференциальную интерференционно-контрастную и темно-полную микроскопию.
Электронная микроскопи
В 30-ых годах XX века был сконструирован электронный микроскоп, в котором вместо света через объект пропускается пучок электронов. Теоретический предел разрешения для современных электронных микроскопов составляет около 0,002 нм, однако из практических причин для биологических объектов достигается разрешение только около 2 нм. С помощью электронного микроскопа можно изучать ультраструктуры клеток. Различают два основных типа электронной микроскопии: сканирующую и трансмиссионные. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) используется для изучения поверхности объекта. Образцы чаще покрывают тонкой пленкой золота. СЭМ позволяет получать объемные изображения. Трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ) - используется для изучения внутреннего строения клетки. Пучок электронов пропускается через объект, предварительно обрабатывается тяжелыми металлами, которые накапливаются в определенных структурах увеличивая их электронную плотность. Электроны рассеиваются на участках клетки с большей электронной плотностью, в результате чего на изображениях эти области выглядят темными.
Фракционирование клеток
Для установки функций отдельных компонентов клетки важно выделить их в чистом виде, чаще всего это делается с помощью метода дифференциального центрифугирования. Разработаны методики, позволяющие получить чистые фракции любых клеточных органелл. Получение фракций начинается с разрушения плазмалеммы и образования гомогената клеток. Гомогенат последовательно центрифугируется при различных скоростях, на первом этапе можно получить четыре фракции: ядер и крупных обломков клеток, митохондрий, пластид, лизосом и пероксисом, миркосом - пузырьков аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума, рибосом, в супернатанте останутся белки и мелкие молекулы. Дальнейшее дифференциальное центрифугирование каждой из смешанных фракций позволяет получить чистые препараты органелл, в которых можно применять разнообразные биохимические и микроскопические методы.
Заключение
Электронная микроскопия раскрыла перед нами новый мир кристаллических
систем внутри живой клетки, исследования которой имеют большое значение для разгадки множества заболеваний. Именно в клетках начинают развиваться патологические изменения, приводящие к возникновению заболеваний.
Злокачественные изменения, приводящие к развитию раковых опухолей, возникают также на уровне клеток.
Изучение строения, химического состава, обмена веществ и всех
проявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, но также и в медицине и ветеринарии.
Основные закономерности молекулярной биологии и цитологии, лежащие в основе механизмов эволюционного процесса, позволяют дать понятие о явлениях наследственности и изменчивости.
Единство строения и жизнедеятельность клеток различных организмов - одна из важнейших общебиологических закономерностей, указывающих на общность происхождения органического мира, и поэтому изучение структуры и функции клетки - важнейшая задача общей биологии.
Список литературы
1. Азимов А. Краткая история биологии. М., 1997.
2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М., 2000.
3. Хэм А., Кормак Д. Гистология, т. 1. М., 1982
4. Биология: Пособие для поступающих в вузы. Том 1. «Издательство Новая Волна»: Издатель Умеренков, 2005- 448 с.
5. Большая Советская Энциклопедия (Электронный вариант).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Сущность органоидов, классификация включений цитоплазмы по функциональному назначению. Отличительные особенности растительной и животной клеток, роль ядра в их функционировании. Основные органоиды клетки: комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды.
презентация , добавлен 27.12.2011
Клетка как структурно-функциональная единица развития живых организмов. Мембранные и немембранные компоненты: лизосомы, митохондрия, пластиды, вакуоли и рибосомы. Эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи. Строение животной клетки. Функции органоидов.
презентация , добавлен 07.11.2014
Рассмотрение характеристик клетки как элементарной целостной системы живого организма. Типы клеток животных и растений. Строение и функции мембраны, цитоплазмы, митохондрии, аппарата Гольджи, лизосом, вакуоль, рибосом. Описание органоидов движения.
презентация , добавлен 16.02.2015
История развития клеточной теории, ее эволюция. Строение и функции оболочки клетки, характеристика оболочки, цитоплазмы, ядра. Роль плазматической мембраны и аппарата Гольджи в жизнедеятельности клеток. Рибосомы и митохондрии, их функции и состав.
реферат , добавлен 16.08.2009
История исследований клетки, самые известные работы всех времен, написанные по данной теме и современные знания. Элементарное строение клетки, ее основные составные части и их функции. Цитоплазма и ее органоиды, назначение комплекса Гольджи и включений.
реферат , добавлен 07.10.2009
Основные органеллы клетки. Цитоплазма - полужидкая среда, в которой находятся ядро клетки и все органоиды, ее состав. Схема строения комплекса Гольджи. Органоиды движения включения (реснички и жгутики). Форма и размеры ядра, его главные функции.
презентация , добавлен 13.11.2014
Цитоплазма как внутренняя среда клетки. Характеристика составляющих цитоплазмы: гиалоплазма (цитозоль), органеллы, включения. Схема строения аппарата Гольджи. Лизосомы, пероксисомы и авторадиография в клетках. Фракционирование и авторадиография клеток.
презентация , добавлен 19.01.2015
Классификация органелл клетки общего и специального значения. Основные задачи и функции плазмалеммы. Эндоплазматическая сеть, ее строение и структура. Цитоплазматический матрикс, структура микрофиламентов и микротрубочек. Пластинчатый комплекс Гольджи.
презентация , добавлен 16.02.2014
Цитоплазма как обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром. Реакция среды и особенности движения цитоплазмы. Значение, функции и структура гиалоплазмы. Виды и роль одно- и двухмембранных органоидов живой клетки.
презентация , добавлен 21.02.2014
Структура эукариотической клетки и классификация белков. Типы, функции и свойства липидов мембран, их многомолекулярные конфигурации. Структура органелл и диктиосомы аппарата Гольджи. Сортировка белков в эндоплазматической сети и аппарате Гольджи.
Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный нам благодаря закону Гука). В 1665 году , пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа . Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В 1675 году итальянский врач М. Мальпиги , а в 1682 году - английский ботаник Н. Грю подтвердили клеточное строение растений. О клетке стали говорить как о «пузырьке, наполненном питательным соком». В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук (Anton van Leeuwenhoek, 1632 -1723 ) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» - движущиеся живые организмы (инфузории , амёбы , бактерии ). Также Левенгук впервые наблюдал животные клетки - эритроциты и сперматозоиды . Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. В 1802 -1808 годах французский исследователь Шарль-Франсуа Мирбель установил, что все растения состоят из тканей, образованных клетками. Ж. Б. Ламарк в 1809 году распространил идею Мирбеля о клеточном строении и на животные организмы. В 1825 году чешский учёный Я. Пуркине открыл ядро яйцеклетки птиц, а в 1839 ввёл термин «протоплазма ». В 1831 году английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро растительной клетки, а в 1833 году установил, что ядро является обязательным органоидом клетки растения. С тех пор главным в организации клеток считается не мембрана, а содержимое. Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839 году немецким зоологом Т. Шванном и М. Шлейденом и включала в себя три положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил её ещё одним положением, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы. В 1878 году русским учёным И. Д. Чистяковым открыт митоз в растительных клетках; в 1878 году В. Флемминг и П. И. Перемежко обнаруживают митоз у животных. В 1882 году В. Флемминг наблюдает мейоз у животных клеток, а в 1888 году Э Страсбургер - у растительных.
18. Клеточная теория - одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений , животных и остальных живых организмов с клеточным строением , в котором клетка рассматривается в качестве общего структурного элемента живых организмов.
19.Основные положения клеточной теории
Современная клеточная теория включает следующие основные положения:
№1 Клетка - единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет;.
№2 Клетка - единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование;
№3 Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям;
№4 Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток;
№5 Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, из тканей органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток;
№6 Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток - дифференцировка.
Развитие клеточной теории во второй половине XIX века
С 1840-х века учение о клетке оказывается в центре внимания всей биологии и бурно развивается, превратившись в самостоятельную отрасль науки - цитологию.
Для дальнейшего развития клеточной теории существенное значение имело её распространение на протистов (простейших), которые были признаны свободно живущими клетками (Сибольд, 1848).
В это время изменяется представление о составе клетки. Выясняется второстепенное значение клеточной оболочки, которая ранее признавалась самой существенной частью клетки, и выдвигается на первый план значение протоплазмы (цитоплазмы) и ядра клеток (Моль, Кон, Л. С. Ценковский, Лейдиг, Гексли), что нашло своё выражение в определении клетки, данном М. Шульце в 1861 г.:
Клетка - это комочек протоплазмы с содержащимся внутри ядром.
В 1861 году Брюкко выдвигает теорию о сложном строении клетки, которую он определяет как «элементарный организм», выясняет далее развитую Шлейденом и Шванном теорию клеткообразования из бесструктурного вещества (цитобластемы). Обнаружено, что способом образования новых клеток является клеточное деление, которое впервые было изучено Молем на нитчатых водорослях. В опровержении теории цитобластемы на ботаническом материале большую роль сыграли исследования Негели и Н. И. Желе.
Деление тканевых клеток у животных было открыто в 1841 г. Ремарком. Выяснилось, что дробление бластомеров есть серия последовательных делений (Биштюф, Н. А. Келликер). Идея о всеобщем распространении клеточного деления как способа образования новых клеток закрепляется Р. Вирховом в виде афоризма:
«Omnis cellula ех cellula». Каждая клетка из клетки.
В развитии клеточной теории в XIX веке остро встают противоречия, отражающие двойственный характер клеточного учения, развивавшегося в рамках механистического представления о природе. Уже у Шванна встречается попытка рассматривать организм как сумму клеток. Эта тенденция получает особое развитие в «Целлюлярной патологии» Вирхова (1858).
Работы Вирхова оказали неоднозначное влияние на развитие клеточного учения:
Клеточная теория распространялась им на область патологии, что способствовало признанию универсальности клеточного учения. Труды Вирхова закрепили отказ от теории цитобластемы Шлейдена и Шванна, привлекли внимание к протоплазме и ядру, признанными наиболее существенными частями клетки.
Вирхов направил развитие клеточной теории по пути чисто механистической трактовки организма.
Вирхов возводил клетки в степень самостоятельного существа, вследствие чего организм рассматривался не как целое, а просто как сумма клеток.
XX век
Клеточная теория со второй половины XIX века приобретала всё более метафизический характер, усиленный «Целлюлярной физиологией» Ферворна, рассматривавшего любой физиологический процесс, протекающий в организме, как простую сумму физиологических проявлений отдельных клеток. В завершении этой линии развития клеточной теории появилась механистическая теория «клеточного государства», в качестве сторонника которой выступал в том числе и Геккель. Согласно данной теории организм сравнивается с государством, а его клетки - с гражданами. Подобная теория противоречила принципу целостности организма.
Механистическое направление в развитии клеточной теории подверглось острой критике. В 1860 году с критикой представления Вирхова о клетке выступил И. М. Сеченов. Позднее клеточная теория подверглась критическим оценкам со стороны других авторов. Наиболее серьёзные и принципиальные возражения были сделаны Гертвигом, А. Г. Гурвичем (1904), М. Гейденгайном (1907), Добеллом (1911). С обширной критикой клеточного учения выступил чешский гистолог Студничка (1929, 1934).
В 1950-е советский биолог О. Б. Лепешинская , основываясь на данных своих исследований, выдвинула «новую клеточную теорию» в противовес «вирховианству». В её основу было положено представление, что в онтогенезе клетки могут развиваться из некоего неклеточного живого вещества. Критическая проверка фактов, положенных О. Б. Лепешинской и её приверженцами в основу выдвигаемой ею теории, не подтвердила данных о развитии клеточных ядер из безъядерного «живого вещества».
Современная клеточная теория
Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей всем живым организмам, кроме вирусов . Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.
Вместе с тем должны быть подвергнуты переоценке догматические и методологически неправильные положения клеточной теории:
Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. Неклеточными формами жизни можно считать вирусы. Правда, признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т.п.) они проявляют только внутри клеток, вне клеток вирус является сложным химическим веществом. По мнению большинства учёных, в своём происхождении вирусы связаны с клеткой, являются частью её генетического материала, "одичавшими" генами.
Выяснилось, что существует два типа клеток - прокариотические (клетки бактерий и архебактерий), не имеющие отграниченного мембранами ядра, и эукариотические (клетки растений, животных, грибов и протистов), имеющие ядро, окружённое двойной мембраной с ядерными порами. Между клетками прокариот и эукариот существует и множество иных различий. У большинства прокариот нет внутренних мембранных органоидов, а у большинства эукариот есть митохондрии и хлоропласты. В соответствии с теорией симбиогенеза, эти полуавтономные органоиды - потомки бактериальных клеток. Таким образом, эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека). Гомология всех клеток, таким образом, свелась к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов (у архебактерий она имеет иной химический состав, чем у остальных групп организмов), рибосом и хромосом - наследственного материала в виде молекул ДНК, образующих комплекс с белками. Это, конечно, не отменяет общего происхождения всех клеток, которое подтверждается общностью их химического состава.
Клеточная теория рассматривала организм как сумму клеток, а жизнепроявления организма растворяла в сумме жизнепроявлений составляющих его клеток. Этим игнорировалась целостность организма, закономерности целого подменялись суммой частей.
Считая клетку всеобщим структурным элементом, клеточная теория рассматривала как вполне гомологичные структуры тканевые клетки и гаметы, протистов и бластомеры. Применимость понятия клетки к протистам является дискуссионным вопросом клеточного учения в том смысле, что многие сложно устроенные многоядерные клетки протистов могут рассматриваться как надклеточные структуры. В тканевых клетках, половых клетках, протистах проявляется общая клеточная организация, выражающаяся в морфологическом выделении кариоплазмы в виде ядра, однако эти структуры нельзя считать качественно равноценными, вынося за пределы понятия «клетка» все их специфические особенности. В частности, гаметы животных или растений - это не просто клетки многоклеточного организма, а особое гаплоидное поколение их жизненного цикла, обладающее генетическими, морфологическими, а иногда и экологическими особенностями и подверженное независимому действию естественного отбора. В то же время практически все эукариотические клетки, несомненно, имеют общее происхождение и набор гомологичных структур - элементы цитоскелета, рибосомы эукариотического типа и др.
Догматическая клеточная теория игнорировала специфичность неклеточных структур в организме или даже признавала их, как это делал Вирхов, неживыми. В действительности, в организме кроме клеток есть многоядерные надклеточные структуры (синцитии , симпласты ) и безъядерное межклеточное вещество, обладающее способностью к метаболизму и потому живое. Установить специфичность их жизнепроявлений и значение для организма является задачей современной цитологии. В то же время и многоядерные структуры, и внеклеточное вещество появляются только из клеток. Синцитии и симпласты многоклеточных - продукт слияния исходных клеток, а внеклеточное вещество - продукт их секреции, т.е. образуется оно в результате метаболизма клеток.
Проблема части и целого разрешалась ортодоксальной клеточной теорией метафизически: всё внимание переносилось на части организма - клетки или «элементарные организмы».
Целостность организма есть результат естественных, материальных взаимосвязей, вполне доступных исследованию и раскрытию. Клетки многоклеточного организма не являются индивидуумами, способными существовать самостоятельно (так называемые культуры клеток вне организма представляют собой искусственно создаваемые биологические системы). К самостоятельному существованию способны, как правило, лишь те клетки многоклеточных, которые дают начало новым особям (гаметы, зиготы или споры) и могут рассматриваться как отдельные организмы. Клетка не может быть оторвана от окружающей среды (как, впрочем, и любые живые системы). Сосредоточение всего внимания на отдельных клетках неизбежно приводит к унификации и механистическому пониманию организма как суммы частей.
Очищенная от механицизма и дополненная новыми данными клеточная теория остается одним из важнейших биологических обобщений.