Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО «Башкирский государственный университет»

Реферат

На тему: «Цитология - наука о клетке»

Уфа - 2009г.

Содержание

Введение

1. Цитология - наука о клетке

1.1 Цитология - наука о строении, функциях, метаболизме, взаимоотношениях со средой развития и происхождении клетки

1.1.1 Развитие цитологии до начала ХХ века

1.1.2 Развитие цитологии в первой половине ХХ века

1.1.3 Развитие современной цитологии

1.2 Биология клетки - молекулярные механизмы функционирования клеток

1.3 Место цитологии среди других биологических дисциплин

1.4 Связь цитологии с молекулярной биологией, генетикой, эмбриологией, физиологией и биохимией

1.5 Значение цитологии в медицине и сельскохозяйственной науке

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Из среды других биологических наук цитология выделилась почти сто лет назад. За это время практическое и теоретическое значение достижений цитологии только возрастает. Появляются новые сферы, в которых используются достижения цитологии.

Цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин, так как клеточные структуры лежат в основе строения, функционирования и индивидуального развития всех живых существ, и, кроме того, она является составной частью гистологии животных, анатомии растений, протистологии и бактериологии.

Клетка как элементарная форма существования жизни на земле является предметом изучения современной биологии, так как самые фундаментальные проблемы биологии оказываются в значительной степени проблемами цитологическими, которые заключаются в следующем:

1. Синтез белка и других органических соединений. Этот процесс, который осуществляется только и исключительно в клетке, до сих пор является тайной для человека. По своему философскому и научно-историческому значению вопрос о синтезе белка не имеет себе равных среди всех вопросов современного естествознания.

2. Проблема накопления биомассы. Мы знаем, что круговорот органического вещества на земле является обязательным условием существования человека. Изучение механизмов размножения, роста клеточной массы и в более общей форме - изучение законов, обеспечивающих репродукцию органического вещества, является в настоящее время уже практически потребностью человека.

3. Проблема резистентности живой материи. Изучение условий и механизмов, обеспечивающих высокую стойкость к таким неблагоприятным воздействиям внешнего мира, как лучистая энергия, температура, химические факторы, механическая энергия и т. д., является также практической потребностью человека.

4. Проблема злокачественного роста. Важность решения этой проблемы известна всем. Проблема злокачественного роста является также проблемой цитологической.

5. Проблема передачи наследственных свойств. Эта проблема является узловой проблемой в том смысле, что в случае ее решения одновременно решаются проблемы роста и размножения, проблема биоэнергетики и т. д.

6. Проблема биоэнергетики. Ни одна из самых совершенных современных машин по коэффициенту полезной утилизации энергии не может идти ни в какое сравнение с живыми системами. Именно клетка обладает уникальной биологической структурой, которая с энергетической точки зрения является столь же уникальной силовой станцией.

Вот такая, далеко не полная характеристика стоящих перед современной цитологией фундаментальных биологических проблем свидетельствует о том, что по своему значению для человеческого общества они находятся в одном ряду с самыми первостепенными проблемами естествознания.

1. Цитология - наука о клетке

1.1 Цитология - наука о строении, функциях, метаболизме, взаимоотношениях со средой развития и происхождении клетки

Цитология (греч. кэфпт - пузырьковидное образование и льгпт - слово, наука) - раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

Также используются термины клеточная биология, биология клетки (англ. Cell Biology).

Цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин, т.к. клеточные структуры лежат в основе строения, функционирования и индивидуального развития всех живых существ, и, кроме того, она является составной частью гистологии животных, анатомии растений, протистологии и бактериологии.

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.

Клеточная теория. В середине XIX столетия на основе уже многочисленных знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838) . Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет основную единицу строения всех живых организмов, что клетки животных и растений сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Т. Шван внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.

Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессы обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток еще раз подтвердили единство всего органического мира.

1.1.1 Развитие цитологии до начала ХХ века

Прогресс цитологии связан с развитием методов исследования клеток. Клеточное строение впервые было обнаружено английским учёным Р. Гуком в ряде растительных тканей в 1665 благодаря использованию микроскопа. До конца 17 в. появились работы микроскопистов М. Мальпиги (Италия), Н. Грю (Великобритания), А. Левенгука (Нидерланды) и др., показавшие, что ткани многих растительных объектов построены из ячеек, или клеток. Левенгук, кроме того, впервые описал эритроциты (1674), одноклеточные организмы (1675, 1681), сперматозоиды позвоночных животных (1677), бактерии (1683). Исследователи 17 в., положившие начало микроскопическому изучению организмов, в клетке видели лишь оболочку, заключающую в себе полость.

В 18 в. конструкция микроскопа была несколько улучшена, главным образом за счёт усовершенствования механических частей и осветительных приспособлений. Техника исследования оставалась примитивной; изучались в основном сухие препараты.

В первые десятилетия 19 в. представления о роли клеток в строении организмов значительно расширились. Благодаря трудам немецких учёных Г. Линка, Я. Мольденхавера, Ф. Мейена, Х. Моля, французских учёных Ш. Мирбеля, П. Тюрпена и др. в ботанике утвердился взгляд на клетки как на структурные единицы. Было обнаружено превращение клеток в проводящие элементы растений. Стали известны низшие одноклеточные растения. На клетки начали смотреть как на индивидуумы, обладающие жизненными свойствами. В 1835 Моль впервые наблюдал деление растительных клеток. Исследования французских учёных А. Мильн-Эдвардса, А. Дютроше, Ф. Распая, чешского учёного Я. Пуркине и др. к середине 30-х гг. дали большой материал по микроскопическим структурам животных тканей. Многие исследователи наблюдали клеточное строение различных органов животных, а некоторые проводили аналогию между элементарными структурами животных и растительных организмов, подготовляя тем самым почву для создания общебиологической клеточной теории.

В 1831--33 гг. английский ботаник Р. Броун описал ядро как составную часть клетки. Это открытие привлекло внимание исследователей к содержимому клетки и дало критерий для сопоставления животных и растительных клеток, что и сделал, в частности, Я. Пуркине (1837). Немецкий учёный Т. Шванн, опираясь на теорию развития клеток немецкого ботаника М. Шлейдена, где особое значение придавалось ядру, сформулировал общую клеточную теорию строения и развития животных и растений (1838--39). Вскоре клеточная теория была распространена и на простейших (немецкий учёный К. Зибольд, 1845--48). Создание клеточной теории явилось сильнейшим стимулом к изучению клетки как основы всего живого. Большое значение имело введение в микроскопию иммерсионных объективов (водная иммерсия, 1850, масляная, 1878), конденсора Э. Аббе (1873) и апохроматов (1886).

В середине 19 в. начали применяться различные методы фиксации и окраски тканей. Для изготовления срезов были разработаны методы заливки кусочков ткани. Вначале срезы изготовлялись с помощью ручной бритвы, а в 70-х гг. для этого использовались особые приборы -- микротомы. В ходе развития клеточной теории постепенно выяснилась ведущая роль содержимого клетки, а не её оболочки. Представление об общности содержимого различных клеток нашло своё выражение в распространении примененного к нему Молем (1844, 1846) термина «протоплазма», введённого Пуркине (1839).

Вопреки взглядам Шлейдена и Шванна на возникновение клеток из бесструктурного неклеточного вещества -- цитобластемы, с 40-х гг. 19 в. начинает укрепляться убеждение, что умножение числа клеток происходит путём их деления (немецкие учёные К. Негели, Р. Келликер и Р. Ремак). Дальнейшим толчком к развитию цитологии послужило учение немецкого патолога Р. Вирхова о «целлюлярной патологии» (1858). Вирхов рассматривал животный организм как совокупность клеток, каждая из которых обладает всеми свойствами жизни; он выдвинул принцип «omnis cellula е cellula» [каждая клетка (происходит только) из клетки]. Выступая против гуморальной теории патологии, которая сводила болезни организмов к порче организменных соков (крови и тканевой жидкости), Вирхов доказывал, что в основе всякого заболевания лежит нарушение жизнедеятельности тех или иных клеток организма. Учение Вирхова заставило патологов заняться изучением клеток.

К середине 19 в. «оболочечный» период в изучении клетки заканчивается, и в 1861 работой немецкого учёного М. Шульце утверждается взгляд на клетку как на «комок протоплазмы с лежащим внутри него ядром». В том же году австрийский физиолог Э. Брюкке, считавший клетку элементарным организмом, показал сложность строения протоплазмы. В последней четверти 19 в. был обнаружен ряд постоянных составных частей протоплазмы -- органоидов: центросомы (1876, бельгийский учёный Э. ван Бенеден), митохондрии (1897--98, немецкий учёный К. Бенда, у животных; 1904, немецкий учёный Ф. Мевес, у растений), сетчатый аппарат, или комплекс Гольджи (1898, итальянский учёный К. Гольджи).

Швейцарский учёный Ф. Мишер (1868) установил в ядрах клеток наличие нуклеиновой кислоты. Открыто кариокинетическое деление клеток у растений (1875, Э. Страсбургер), затем у животных (1878, русский учёный П. И. Перемежко; 1882, немецкий учёный В. Флемминг). Создана теория индивидуальности хромосом и установлено правило постоянства их числа (1885, австрийский учёный К. Рабль; 1887, немецкий учёный Т. Бовери). Открыто явление редукции числа хромосом при развитии половых клеток; установлено, что оплодотворение состоит в слиянии ядра яйцевой клетки с ядром сперматозоида (1875, немецкий зоолог О. Гертвиг, у животных; 1880--83, русский ботаник И. Н. Горожанкин, у растений). В 1898 русский цитолог С. Г. Навашин обнаружил у покрытосеменных растений двойное оплодотворение, заключающееся в том, что, помимо соединения ядра спермия с ядром яйцеклетки, ядро второго спермия соединяется с ядром клетки, дающей эндосперм. При размножении растений обнаружено чередование диплоидных (бесполых) и гаплоидных (половых) поколений.

Достигнуты успехи в изучении физиологии клетки. В 1882 И. И. Мечников открыл явление фагоцитоза. Была обнаружена к подробно исследована избирательная проницаемость растительных и животных клеток (голландский учёный Х. Де Фриз, немецкие учёные В. Пфеффер, Э. Овертон); создана мембранная теория проницаемости; разработаны методы прижизненного окрашивания клеток (русский гистолог Н. А. Хржонщевский, 1864; немецкие учёные П. Эрлих, 1885, Пфеффер, 1886).

Исследуются реакции клеток на действие раздражителей. Изучение разнообразных клеток высших и низших организмов, несмотря на все их структурные и функциональные различия, укрепило в сознании исследователей мысль о наличии единого принципа в строении протоплазмы. Многие исследователи не были удовлетворены клеточной теорией и признавали наличие в клетках ещё более мелких элементарных жизненных единиц (биобласты Альтмана, пласомы Визнера, протомеры Гейденгайна и т.д.). Спекулятивные представления о субмикроскопических жизненных единицах разделялись и некоторыми цитологами 20 в., однако развитие цитологии заставило большинство учёных оставить эти гипотезы и признать жизнь свойством протоплазмы как сложной гетерогенной системы. Успехи цитологии в конце 19 в. были подытожены в ряде классических сводок, которые способствовали дальнейшему развитию цитологии

1.1.2 Развитие цитологии в первой половине ХХ века

В первые десятилетия 20 в. стали применять темнопольный конденсор, с помощью которого объекты под микроскопом исследовались при боковом освещении. Темнопольный микроскоп позволил изучать степень дисперсности и гидратации клеточных структур и обнаруживать некоторые структуры субмикроскопических размеров. Поляризационный микроскоп дал возможность определять ориентацию частиц в клеточных структурах. С 1903 развивается микроскопирование в ультрафиолетовых лучах, ставшее в дальнейшем важным методом исследования цитохимии клетки, в частности нуклеиновых кислот. Начинает применяться флюоресцентная микроскопия.

В 1941 появляется фазово-контрастный микроскоп, позволяющий различать бесцветные структуры, отличающиеся лишь оптической плотностью или толщиной. Последние два метода оказались особенно ценными при изучении живых клеток. Разрабатываются новые методы цитохимического анализа, среди них -- метод выявления дезоксирибонуклеиновой кислоты (немецкие учёные Р. Фёльген и Г. Розенбек, 1924). Создаются микроманипуляторы, с помощью которых можно производить над клетками разнообразные операции (инъекции в клетку веществ, извлечение и пересадку ядер, локальное повреждение клеточных структур и т.д.). Большое значение приобрела разработка метода культуры тканей вне организма, начало которому было положено в 1907 американским учёным Р. Гаррисоном. Интересные результаты были получены при сочетании этого метода с замедленной микрокиносъёмкой, что дало возможность видеть на экране медленные изменения в клетках, протекающие незаметно для глаза, ускоренными в десятки и сотни раз. В первые три десятилетия 20 в. усилия учёных направлены были на выяснение функциональной роли клеточных структур, открытых в последней четверти 19 в., в частности было установлено участие комплекса Гольджи в выработке секретов и др. веществ в гранулярной форме (советский учёный Д. Н. Насонов, 1923).

Описаны частные органоиды специализированных клеток, опорные элементы в ряде клеток (Н.К. Кольцов, 1903--1911), исследованы структурные изменения при различной клеточной деятельности (секреция, сократительная функция, деление клеток, морфогенез структур и т.д.).

В растительных клетках прослежено развитие вакуолярной системы, образование крахмала в пластидах (французский учёный А. Гийермон, 1911). Установлена видовая специфичность числа и формы хромосом, что в дальнейшем было использовано для систематики растений и животных, а также для выяснения филогенетического родства в пределах более низких таксономических единиц (кариосистематика). Обнаружено, что в тканях имеются разные классы клеток, отличающихся кратным отношением размеров ядер (немецкий учёный В. Якоби, 1925). Кратное увеличение размера ядер сопровождается соответствующим увеличением (путём эндомитоза) числа хромосом (австрийский учёный Л. Гейтлер, 1941). Исследования действия агентов, нарушающих механизм деления и хромосомный аппарат клеток (проникающее излучение, колхицин, ацетонафтен, трипофлавин и др.), привели к разработке методов искусственного получения полиплоидных форм, что дало возможность вывести ряд ценных сортов культурных растений.

С помощью реакции Фёльгена положительно решился спорный вопрос о наличии гомолога ядра, содержащего дезоксирибонуклеиновую кислоту у бактерий (советский учёный М. А. Пешков, 1939--1943, французский учёный В. Делапорт, 1939, английский учёный С. Робиноу, 1942) и сине-зелёных водорослей (советские учёные Ю. И. Полянский и Ю. К. Петрушевский, 1929). Наряду с мембранной теорией проницаемости, выдвигается фазовая теория, придающая большое значение в распределении веществ между клеткой и средой, растворению их и связыванию в протоплазме (советские учёные Д. Н. Насонов, В. Я. Александров, А. С. Трошин). Изучение реакции протоплазмы клеток на воздействие разнообразных физических и химических агентов привело к обнаружению явлений паранекроза и к разработке денатурационной теории повреждения и возбуждения (Д. Н. Насонов и В. Я. Александров, 1940), согласно которой в этих процессах ведущее значение имеют обратимые изменения в структуре белков протоплазмы. С помощью вновь разработанных цитохимических реакций на гистологических препаратах была установлена локализация в клетке ряда ферментов. Начиная с 1934 благодаря работам американских учёных Р. Уэнсли и М. Герр, использовавшим метод гомогенизации (размельчения) клеток и фракционного центрифугирования, началось извлечение из клеток отдельных компонентов -- ядер, хлоропластов, митохондрий, микросом и изучение их химического и ферментативного состава. Однако существенные успехи в расшифровке функций клеточных структур достигнуты лишь в современный период развития цитологии -- после 50-х гг. цитология метаболизм клетка молекулярный

Огромное влияние на развитие цитологии в 20 в. оказало переоткрытие в 1900 г. законов Менделя. Изучение процессов, протекающих в ядрах половых и соматически клеток, дало возможность объяснить факты, установленные при изучении наследственной передачи признаков, и построить хромосомную теорию наследственности. Изучение цитологических основ наследственности обособилось в отдельную отрасль цитологии -- цитогенетику. Развитие новых методов. Вначале при изучении деталей строения клеток приходилось полагаться главным образом на визуальное исследование мертвого, а не живого материала. Необходимы были методы, которые позволяли бы сохранять протоплазму, не повреждая ее, изготавливать достаточно тонкие срезы ткани, проходящие и через клеточные компоненты, а также окрашивать срезы, чтобы выявлять детали клеточного строения. Такие методы создавались и совершенствовались в течение всей второй половины 19 в.

Совершенствовался и сам микроскоп. К числу важных достижений в его устройстве следует отнести: осветитель, расположенный под столиком, для фокусировки пучка света; апохроматический объектив для корректировки недостатков окрашивания, искажающих изображение; иммерсионный объектив, дающий более четкое изображение и увеличение в 1000 раз и более.

Было также обнаружено, что основные красители, например гематоксилин, обладают сродством к содержимому ядра, а кислотные красители, например эозин, окрашивают цитоплазму; это наблюдение послужило основой для создания разнообразных методов контрастного или дифференциального окрашивания. Благодаря этим методам и усовершенствованным микроскопам постепенно накапливались важнейшие сведения о строении клетки, ее специализированных "органах" и различных неживых включениях, которые клетка либо сама синтезирует, либо поглощает извне и накапливает.

Закон генетической непрерывности. Фундаментальное значение для дальнейшего развития клеточной теории имела концепция генетической непрерывности клеток. В свое время Шлейден считал, что клетки образуются в результате своего рода кристаллизации из клеточной жидкости, а Шванн в этом ошибочном направлении пошел еще дальше: по его мнению, клетки возникали из некой "бластемной" жидкости, находящейся вне клеток.

Сначала ботаники, а затем и зоологи (после того как разъяснились противоречия в данных, полученных при изучении некоторых патологических процессов) признали, что клетки возникают только в результате деления уже существующих клеток. В 1858 г. Р. Вирхов сформулировал закон генетической непрерывности в афоризме "Omnis cellula e cellula" ("Каждая клетка из клетки"). Когда была установлена роль ядра в клеточном делении, В.Флемминг (1882) перефразировал этот афоризм, провозгласив: "Omnis nucleus e nucleo" ("Каждое ядро из ядра"). Одним из первых важных открытий в изучении ядра было обнаружение в нем интенсивно окрашивающихся нитей, названных хроматином. Последующие исследования показали, что при делении клетки эти нити собираются в дискретные тельца -- хромосомы, что число хромосом постоянно для каждого вида, а в процессе клеточного деления, или митоза, каждая хромосома расщепляется на две, так что каждая клетка получает типичное для данного вида число хромосом. Следовательно, афоризм Вирхова можно распространить и на хромосомы (носители наследственных признаков), поскольку каждая из них происходит от предсуществующей.

В 1865 было установлено, что мужская половая клетка (сперматозоид, или спермий) представляет собой полноценную, хотя и высокоспециализированную клетку, а спустя 10 лет О.Гертвиг проследил путь сперматозоида в процессе оплодотворения яйцеклетки. И наконец, в 1884 Э. ван Бенеден показал, что в процессе образования как сперматозоида, так и яйцеклетки происходит модифицированное клеточное деление (мейоз), в результате которого они получают по одному набору хромосом вместо двух. Таким образом, каждый зрелый сперматозоид и каждая зрелая яйцеклетка содержат лишь половинное число хромосом по сравнению с остальными клетками данного организма, и при оплодотворении происходит просто восстановление нормального числа хромосом. В итоге оплодотворенная яйцеклетка содержит по одному набору хромосом от каждого из родителей, что является основой для наследования признаков и по отцовской, и по материнской линии. Кроме того, оплодотворение стимулирует начало дробления яйцеклетки и развитие нового индивида.

Представление о том, что хромосомы сохраняют свою идентичность и поддерживают генетическую непрерывность от одного поколения клеток к другому, окончательно сформировалось в 1885 (Рабль). Вскоре было установлено, что хромосомы качественно отличаются друг от друга по своему влиянию на развитие (Т.Бовери, 1888). Начали появляться также экспериментальные данные в пользу высказанной ранее гипотезы В.Ру (1883), согласно которой даже отдельные части хромосом влияют на развитие, структуру и функционирование организма.

Таким образом, еще до конца 19 в. было сделано два важных заключения. Одно состояло в том, что наследственность есть результат генетической непрерывности клеток, обеспечиваемой клеточным делением. Другое -- что существует механизм передачи наследственных признаков, который находится в ядре, а точнее -- в хромосомах. Было установлено, что благодаря строгому продольному расщеплению хромосом дочерние клетки получают совершенно такую же (как качественно, так и количественно) генетическую конституцию, как исходная клетка, от которой они произошли.

Законы наследственности. Второй этап в развитии цитологии как науки охватывает 1900-1935. Он наступил после того, как в 1900 были вторично открыты основные законы наследственности, сформулированные Г.Менделем в 1865, но не привлекшие к себе внимания и надолго преданные забвению. Цитологи, хотя и продолжали заниматься изучением физиологии клетки и такими ее органеллами, как центросома, митохондрии и аппарат Гольджи, основное внимание сосредоточили на строении хромосом и их поведении. Проводившиеся в это же время эксперименты по скрещиванию быстро увеличивали объем знаний о способах наследования, что привело к становлению современной генетики как науки. В результате возник "гибридный" раздел генетики -- цитогенетика.

1.1.3 Развитие современной цитологии

С 50-х гг. 20 в. цитология вступила в современный этап своего развития. Разработка новых методов исследования и успехи смежных дисциплин дали толчок бурному развитию цитологии и привели к стиранию чётких границ между цитологией, биохимией, биофизикой и молекулярной биологией. Использование электронного микроскопа (его разрешающая способность достигает 2--4 , предел разрешения светового микроскопа около 2000 ) привело к созданию субмикроскопической морфологии клетки и приблизило визуальное изучение клеточных структур к макромолекулярному уровню. Были обнаружены неизвестные до этого детали строения ранее открытых клеточных органоидов и ядерных структур; открыты новые ультрамикроскопические компоненты клетки: плазматическая, или клеточная, мембрана, отграничивающая клетку от окружающей среды, эндоплазматический ретикулум (сеть), рибосомы (осуществляющие синтез белка), лизосомы (содержащие гидролитические ферменты), пероксисомы (содержащие ферменты каталазу и уриказу), микротрубочки и микрофиламенты (играющие роль в поддержании формы и в обеспечении подвижности клеточных структур); в растительных клетках обнаружены диктиосомы -- элементы комплекса Гольджи.

Наряду с общеклеточными структурами выявляются ультрамикроскопические элементы и особенности, присущие специализированным клеткам. С помощью электронной микроскопии показано особое значение мембранных структур в построении различных компонентов клетки. Субмикроскопические исследования дали возможность все известные клетки (и соответственно все организмы) разделить на 2 группы: эукариоты (тканевые клетки всех многоклеточных организмов и одноклеточные животные и растения) и прокариоты (бактерии, сине-зелёные водоросли, актиномицеты и риккетсии). Прокариоты -- примитивные клетки -- отличаются от эукариотов отсутствием типичного ядра, лишены ядрышка, ядерной оболочки, типичных хромосом, митохондрий, комплекса Гольджи.

Усовершенствование методов изоляции клеточных компонентов, использование методов аналитической и динамической биохимии применительно к задачам цитологии (меченные радиоактивными изотопами предшественники, авторадиография, количественная цитохимия с использованием цитофотометрии, разработка цитохимических методик для электронной микроскопии, применение антител, меченных флуорохромами, для обнаружения под флуоресцентным микроскопом локализации индивидуальных белков; метод гибридизации на срезах и мазках радиоактивных ДНК и РНК для идентификации нуклеиновых кислот клетки и т.д.) привело к уточнению химической топографии клеток и расшифровке функционального значения и биохимической роли многих составных частей клетки. Это потребовало широкого объединения работ в области цитологии с работами по биохимии, биофизике и молекулярной биологии. Для изучения генетических функций клеток большое значение имело открытие содержания ДНК не только в ядре, но и в цитоплазматических элементах клетки -- митохондриях, хлоропластах, а по некоторым данным, и в базальных тельцах. Для оценки роли ядерного и цитоплазматического генного аппарата в определении наследственных свойств клетки используется пересадка ядер и митохондрий. Гибридизация соматических клеток становится перспективным методом изучения генного состава отдельных хромосом. Установлено, что проникновение веществ в клетку и в клеточные органоиды осуществляется с помощью особых транспортных систем, обеспечивающих проницаемость биологических мембран. Электронно-микроскопические, биохимические и генетические исследования увеличили число сторонников гипотезы симбиотического происхождения митохондрий и хлоропластов, выдвинутой в конце 19 в.

Основные задачи современной цитологии -- дальнейшее изучение микроскопических и субмикроскопических структур и химической организации клеток; функций клеточных структур и их взаимодействий; способов проникновения веществ в клетку, выделения их из клетки и роли мембран в этих процессах; реакций клеток на нервные и гуморальные стимулы макроорганизма и на стимулы окружающей среды; восприятия и проведения возбуждения; взаимодействия между клетками; реакций клеток на повреждающие воздействия; репараций повреждения и адаптации к факторам среды и повреждающим агентам; репродукции клеток и клеточных структур; преобразований клеток в процессе морфофизиологической специализации (дифференцировки); ядерного и цитоплазматического генетического аппарата клетки, его изменений при наследственных заболеваниях; взаимоотношений клеток с вирусами; превращений нормальных клеток в раковые (малигнизация); процессов поведения клеток; происхождения и эволюции клеточной системы. Наряду с решением теоретических вопросов цитологии участвует в разрешении ряда важнейших биологических, медицинских и с.-х. проблем. В зависимости от объектов и методов исследования развивается ряд разделов цитологии: цитогенетика, кариосистематика, цитоэкология, радиационная цитология, онкологическая цитология, иммуноцитология и т.д.

1.2 Биология клетки - молекулярные механизмы функционирования клеток

Для того, чтобы понять, как устроены и как функционируют живые организмы, необходимо прежде всего знать, из каких веществ они построены, как эти вещества образуются и как молекулы этих веществ объединяются, чтобы образовать те или иные части живого организма.

Органические соединения, входящие в состав живого, исключительно многообразны, а многие из них очень сложны. Даже в таких простых существах, как бактерии, содержится более 5 тыс. органических веществ, из них около 4 тыс. составляют различные белки и нуклеиновые кислоты. В сложных многоклеточных организмах количество этих веществ на два порядка больше.

Все органические вещества могут быть разделены на две группы: низкомолекулярные вещества и полимеры. Однако такие вещества построены из многократно повторяющихся единиц - мономеров, разнообразие которых не очень велико, что значительно упрощает их образование в клетке.

Количество мономеров в молекуле полимера может варьировать от нескольких штук до десятков миллионов. Полимер может состоять из одинаковых мономеров (гомополимеры), Например, крахмал и целлюлоза. Однако большая часть биологических полимеров построена из нескольких типов мономеров. Они носят название гетерополимеров. Мономеры, входящие в состав гетерополимеров, относятся, как правило, к одному классу веществ и соединяются одинаковыми связями. Важно заметить, что образование полимеров в живых клетках не связано с выделением воды, что делает возможным синтез полимеров в водной среде живой клетки. Наиболее часто в биополимерах встречаются сложноэфирная, гликозидная (ацетальная) и пептидная (амидная) связи.

Еще одной характеристикой полимеров является их разветвленность. Если каждый мономер образует две связи с соседними мономерами, то получается линейный полимер. Такими полимерами являются белки, нуклеиновые кислоты, многие полисахариды. Если же к мономеру присоединяется три или более других мономера, то образуется разветвленная структура. Примерами разветвленных полисахаридов являются крахмал и гликоген.

Мономерами, из которых построены биополимеры, являются, как правило, обычные для живых организмов низкомолекулярные вещества. Поэтому часто мономеры и образующиеся из них полимеры объединяют в отдельные классы биологических веществ. Наиболее важными являются четыре таких класса: 1) углеводы; 2) липиды; 3) аминокислоты и белки; 4) нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.

Углеводы делятся на две группы: простые углеводы, или моносахариды, и сложные углеводы, или полисахариды. Моносахариды, обычно встречающиеся в живых организмах, содержат 5 или 6 атомов углерода. Моносахариды хорошо растворимы в воде, образуют кристаллы и имеют сладкий вкус. Молекулы моносахаридов могут образовывать связи между собой с потерей молекулы воды. В результате образуются полисахариды. Полисахариды нерастворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. В живых организмах наиболее широко распространены полимеры глюкозы - крахмал, гликоген и целлюлоза.

Целлюлоза представляет собой линейный полимер, содержащий примерно 10 тыс. остатков глюкозы. Целлюлоза встречается в основном у растений, где составляет основу клеточных стенок. В форме целлюлозы у растений находится до 50% углеводов. Близок по строению к целлюлозе хитин. Хитин служит основой клеточных стенок грибов и образует наружный скелет у членистоногих.

Крахмал, как и целлюлоза, состоит только из остатков глюкозы. Крахмал служит основным запасным веществом у растений. У животных и грибов эту функцию выполняет гликоген - полисахарид, похожий на амилопектин, но отличающийся большей разветвленностью. Крахмал и гликоген накапливаются в клетках в виде гранул.

У животных встречаются также внеклеточные регулярные гетерополисахариды, такие как гиалуроновая кислота, хондроитины, дерматаны и гепарины. Они составляют значительную часть хрящей, сухожилий и других видов соединительной ткани.

Липидами называются вещества биологического происхождения, растворимые в органических растворителях и не растворимые в воде. В связи со столь расплывчатым определением, в эту группу входят вещества, довольно сильно различающиеся по химическим свойствам. Наиболее важны три группы этих веществ: триглицериды, фосфолипиды и стероиды.

Аминокислоты - соединения, содержащие кислотную карбоксильную группу и основную аминогруппу. В живых организмах обнаружено несколько сотен различных аминокислот, однако большинство из них встречается лишь в некоторых видах растений и не входит в состав белков. В белках встречается 20-30 видов аминокислот. При биосинтезе в белок включается 20 видов аминокислот, а остальные образуются в результате химических модификаций в составе белка.

Наличие большого числа мономеров и большая длина полимера приводят к возможности образования огромного количество различных полипептидов. Так, из 20 аминокислот может получиться 20² = 400 различных дипептидов, 20³ = 8000 трипептидов и т.д. Поскольку средний белок содержит несколько сотен мономеров, разнообразие белков практически не ограничено. Если рассматривать полимер из 100 аминокислот, то возможно 20¹⁰⁰ х10¹³⁰ видов полимеров. Если взять по одной молекуле каждого вида полимера, то их суммарная масса составит 10¹¹⁰ т, что значительно больше массы видимой части Вселенной.

По-видимому, все возможные полипептиды такой длины на Земле не могли образоваться за всю ее историю. Однако даже реально существующее в настоящее время многообразие белков крайне велико. Одноименные белки в разных видах организмов обычно отличаются друг от друга хотя бы по одной аминокислоте в последовательности. По современным оценкам каждый вид имеет от 4 до 60 тыс. различных белков. Если принять среднее значение 30 тыс. и общее число видов около 2 млн, то на Земле существует около 60 млрд различных белков.

1.3 Место цитологии среди других биологических дисциплин

Цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин, так как клеточные структуры лежат в основе строения, функционирования и индивидуального развития всех живых существ, и, кроме того, она является составной частью гистологии животных, анатомии растений, протистологии и бактериологии.

По мере дальнейшего раскрытия тайн клетки возможности практического использования полученных данных будут неизмеримо возрастать, что позволит в будущем управлять процессами индивидуального развития и регенерацией, разрабатывать надежные рекомендации по вопросам профилактики и лечения самых разнообразных заболеваний, а также по вопросам преодоления тканевой несовместимости, лечения лучевых поражений.

1.4 Связь цитологии с молекулярной биологией, генетикой, эмбриологией, физиологией и биохимией

Цитология относится к фундаментальным разделам биологии, так как исследует и описывает единственную единицу всего живого на Земле - клетку. Познание клетки имеет важное значение для развития множества других биологических наук, таких как физиология, генетика, молекулярная биология, эмбриология, биохимия и др., так как дает им как бы субстрат, материал для изучения отдельных свойств именно клеток: все функциональные отправления организмов имеют клеточную основу.

1.5 Значение цитологии в медицине и сельскохозяйственной науке

Огромное значение современная цитология, или биология клетки, имеет для медицины, так как любое заболевание человеческого организма своей основой имеет патологию конкретных клеток или их групп, что важно для понимания развития болезни, для ее диагностики и для выбора методов лечения и профилактики заболевания.

Практическая отдача цитологии была всегда очень значительна, начиная с цитодиагностики заболеваний крови и опухолевого роста, разработки методов выведения ценных сортов сельскохозяйственных растений путем использования полиплоидов и т.д.

Заключение

Итак, изучив тему, именуемую «Цитология - наука о клетке», мы выяснили, что значение цитологии для развития биологии, медицины, сельского хозяйства действительно важно, так как изучение клетки - это неисчерпаемый источник как новых научных открытий, так и подтверждения или опровержения старых. Ведь именно изучение клетки дает нам наиболее полное представление о свойствах всего организма. Каждая клетка одновременно вбирает в себя все свойства целого организма (в виде генетического материала) и в то же время имеет только ему свойственные признаки и свойства (так как клетки различных органов имеют совершенно отличные друг от друга, присущие только им свойства, связанные с выполнением ими определенных функций).

Положения современной клеточной теории таковы:

- клетка - элементарная единица живого: вне клеток нет жизни;

- клетки сходны по строению и по основным свойствам;

- клетка - единая система, включающая множество закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц - органелл и органоидов;

- многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических, а так же гуморальных и нервных факторов;

- клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала (ДНК);

- клетки многоклеточных организмов типопотентны, т.е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) разных генов, что приводит их к морфологическому и функциональному разнообразию - к дифференцировке.

Перечисленные свойства клеток позволяют им одновременно сохранить наследственную информацию и в то же время выполнять строго определенные функции. Разнообразие клеток и их содержимого (генетического материала) обеспечивает разнообразие всего живого на земле.

Список использованной литературы

1. Большая Советская энциклопедия // http://dic.academic.ru.

2. Заварзин А.А. Биология клетки: общая цитология. / А.А. Заварзин, А.Д. Харазова, М.Н. Молитвин. - СПб.: Изд-во СПб университета, 1992.

3. Кругосвет: энциклопедия // http://slovari.yandex.ru.

4. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию: учебник для вузов - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Академкнига, 2005. - 495 с.: илл.

Размещено на Allbest.ru