Биология клетки

Размещено на http://www.allbest.ru/

7

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Создание клеточной теории

Несмотря на чрезвычайно важные открытия XVII - XVIII вв., вопрос о том, входят ли клетки в состав всех частей растений, а также построены ли из них не только растительные, но и животные организмы, оставался открытым. Лишь в 1838-1839 гг. вопрос этот был окончательно решен немецкими учеными ботаником Матиасом Шлейденом и физиологом Теодором Шванном. Они создали так называемую клеточную теорию. Сущность ее заключалась в окончательном признании того факта, что все организмы, как растительные, так и животные, начиная с низших и кончая самыми высокоорганизованными, состоят из простейших элементов - клеток.

Матиас Шлейден (1804-1881) - немецкий биолог. Основные направления научных исследований - цитология и эмбриология растений. Его научные достижения способствовали созданию клеточной теории.

Теодор Шванн познакомившись с работами М. Шлейдена о роли ядра в клетке и сопоставив ее данные со своими, сформулировал клеточную теорию. Это было одним из великих открытий XIX в.

В работе "Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений" (1839) Т. Шванн сформулировал основные положения клеточной теории:

- Все организмы состоят из одинаковых частей - клеток; они образуются и растут по одним и тем же законам.

- Общий принцип развития для элементарных частей организма - клеткообразование.

- Каждая клетка в определенных границах есть индивидуум, некое самостоятельное целое. Но эти индивидуумы действуют совместно, так, что возникает гармоничное целое. Все ткани состоят из клеток.

- Процессы, возникающие в клетках растений, могут быть сведены к следующему:

1) возникновение новых клеток;

2) увеличение в размерах клеток;

3) превращение клеточного содержимого и утолщение клеточной стенки.

М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно считали, что клетки в организме возникают путем новообразования из первичного неклеточного вещества. Это представление было опровергнуто выдающимся немецким ученым Рудольфом Вирховым. Он сформулировал (в 1859 г.) одно из важнейших положений клеточной теории: "Всякая клетка происходит из другой клетки", утвердив мнение о преемственности образования клеток. "Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение - только от растения". Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Она их главный компонент в морфологическом отношении, так как именно из клеток состоят ткани и органы. Поскольку развитие всегда начинается с отдельной исходной клетки, то можно сказать, что она представляет собой эмбриональную основу многоклеточного организма.

Клетка - основа многоклеточных организмов и в физиологическом отношении, так как является исходной единицей функциональной активности его органов и тканей. Надо, однако, помнить, что жизнь простейшего одноклеточного организма богаче и разнообразнее самой сложной и относительно самостоятельной клетки многоклеточного организма, хотя некоторая аналогия функциональной деятельности имеется. Клетка - сложная, целостная система, образованная из взаимодействующих компонентов. В качестве единого целого клетка реагирует и на воздействие внешней среды. При этом одна из ее особенностей как целостной системы - обратимость некоторых происходящих в ней процессов. Например, после того как клетка отреагировала на внешние воздействия, она возвращается к исходному состоянию. Клетка выполняет функцию связи между индивидуумом и видом, поскольку в ней сосредоточена наследственная информация, обеспечивающая сохранность вида и разнообразие его особей. С введением в цитологию современных физических и химических методов исследования, таких, как изотопные мечение живых клеток, дифференциальное центрифугирование, позволяющее разделять клетку на составные части, стало возможным изучить структуру и функционирование различных компонентов клетки.

Дальнейшее разделение растворимых ферментов, ДНК и РНК можно произнести методом электрофореза.

Изобретенный в 30-х годах XX в. электронный микроскоп, дающий увеличение до 10 в 6-ой степени раз, позволяет увидеть взаимное расположение компонентов клеток. Было выявлено удивительное сходство в тонком строении клеток разных организмов. Все клетки покрыты оболочкой - плазматической мембраной. Эукариотические клетки содержат ядро- информационный центр, в котором находятся хромосомы. Количество и форма хромосом у каждого вида организмов строго специфичны. В них записана наследственная (генетическая) информация обо всех структурах и функциях отдельной клетки и всего организма в целом. Ядерная оболочка отделяет генетический материал от остальной части клетки - цитоплазмы. Цитоплазма представляет собой вязкую жидкость. В нее погружены органеллы - внутриклеточные структуры, имеющие определенную форму и выполняющие специфические функции. Некоторые органеллы являются "фабриками" по созданию веществ, необходимых самой клетке, другие работают "на экспорт". Есть органеллы, выполняющие функции мусорщиков,- в них разрушаются соединения, не нужные клетке в данный момент. "Энергетические" органеллы трансформируют один вид энергии в другой, необходимый клетке, например энергию солнечного излучения в энергию химических связей. Несмотря на принципиальное сходство внутренних структур, клетки могут очень сильно отличаться по размеру и форме. Так, одна из самых крупных клеток - яйцеклетка страуса - имеет диаметр 10 см. А малярийный плазмодий, устроенный не проще яйцеклетки, столь мал (5 мкм), что паразитирует внутри эритроцитов человека. Эритроциты имеют дисковидную двояковогнутую форму и могут легко проходить по самым мелким капиллярам. Нервные клетки имеют причудливую форму с многочисленными отростками, некоторые из них могут быть длиннее 1 м. Клетки объединяет способность к обмену веществ и энергии, росту, развитию, размножению, к реакции на раздражения из внешней среды. Иначе говоря, они обладают всеми признаками и свойствами, необходимыми для поддержания жизни.

Основные положения клеточной теории на современном уровне развития биологии можно сформулировать следующим образом: Клетка - элементарная живая система, основа строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития прокариот и эукариот. Вне клетки жизни нет. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток. Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу. Рост и развитие многоклеточного организма - следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток. Клеточное строение организмов - свидетельство того, что все живое имеет единое происхождение.

2. Прокариоты и эукариоты

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.

Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.

Сравнительная характеристика клеток эукариот. По строению различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей.

Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.

В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина - вещества, из которого построен наружный скелет членистоногих животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген.

В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных также является гликоген.

3. Структурные компоненты клетки

Клетки разных организмов отличаются друг от друга размерами, формой, выполняемыми функциями. Например, самыми мелкими являются бактериальные клетки. Их диаметр составляет в среднем 0,2^-10 мкм. Клетки других организмов достигают 10-- 100 мкм, несколько реже 1--10 мм. Очень редко встречаются более крупные клетки (длина яйцеклетки страусов, гусей, пингвинов равна 10--20 см, отростков нервных клеток - до 1 м).

Различают округлые, овальные, многогранные, звездчатые, дисковидные и другие формы клеток.

Несмотря на многообразие форм, все клетки имеют сходный химический состав и единый принцип организации. Они состоят из цитоплазмы ядра, которые вместе представляют собой живое содержимое клетки -- протопласт. Цитоплазма -- это полужидкое основное вещество, или гиалоплазма, в которую погружены внутриклеточные структуры -- органеллы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции (рис. 1.5). С внешней стороны цитоплазма окружена плазматической мем6раной, или плазмалеммой. Растительные и грибные клетки имеют также жесткую клеточную оболочку. В цитоплазме клеток растений и грибов имеются вакуоли -- пузырьки, заполненные водой и растворенными в ней различными веществами. Кроме того, в клетке могут находиться включения -- запасные питательные вещества или конечные продукты обмена.

Сравнительная характеристика эукариотических клеток организмов различных царств.

Несмотря на единый принцип строения и сходный химический состав, между клетками эукариотических организмов разных царств имеются существенные различия.

клетка цитоплазма прокариот эукариот

4. Структурные компоненты цитоплазмы

Цитоплазма и кариоплазма (ядро) - обязательные составные части клетки. При удалении ядра из клетки она длительно существовать не может; точно так же и ядро, выделенное из клетки, погибает. Однако цитоплазма, лишенная ядра, теряет жизнеспособность, не сразу. Это можно проследить в опытах на одноклеточных организмах. Если разделить амебу на две части так, что ядро окажется в одной из них, то даже в благоприятных условиях безъядерный участок вскоре погибнет, а содержащий ядро будет продолжать существование. Для изучения значения ядра в жизнедеятельности клетки оказалась также удобным объектом гигантская одноклеточная водоросль ацетабулярия. Она похожа на шляпочный гриб или на раскрытый зонтик. Ядро ее находится на конце ножки. При рая делении ацетабулярии на части прослежено,. что безъядерные фрагменты живут по нескольку месяцев и даже могут несколько восстанавливать недостающие части, но процессы жизнедеятельности постепенно снижаются и в конце концов эти фрагменты гибнут,. а содержащая ядро часть полностью восстанавливает целый организм и сохраняет жизнеспособность.

Цитоплазма составляет основную массу клетки. При рассматривании живой клетки в световом микроскопе цитоплазма представляется гомогенной, бесцветной, прозрачной слизистой жидкостью. В клетках, убитых факсаторами, цитоплазма принимает нитевидную, зернистую или пенистую структуру. Предполагалось, что в живой клетке подобные структуры обратимы и переходят друг в друга. Однако электронный микроскоп позволил увидеть более тонкую структуру цитоплазмы, описанную ниже.

В цитоплазме различают гиалоплазму - цитоплазматический матрикс, органоиды и включения.

Основное вещество клетки составляет цитоплазматический матрикс.

С ним связаны коллоидные свойства цитоплазмы, ее вязкость, эластичность, сократимость, внутреннее движение. По своему химическому составу цитоплазматически и матрикс построен преимущественно из белков; в состав его входят ферменты. Под электронным микроскопом цитоплазматический матрикс представляется однородным или тонкозернистым веществом. Иногда обнаруживаются тонкие нити (толщиной менее 100 А) или пучки из них. Даже в одной клетке разные участки цитоплазм этического матрикса могут иметь неодинаковую макромолекулярную структуру.

Функционально цитоплазматический матрикс является внутренней средой клетки, местом осуществления внутриклеточного Обмена. В цитоплазматическом матриксе расположены специальные структуры клетки - органоиды: митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи, лизосомы и др., а также включения.

Размещено на Allbest.ru