Хімічний склад, будова і функції окремих органоїдів клітини

17

Міністерство освіти і науки України

Горлівський технікум Донецького національного університету

Реферат

З дисципліни: “Біологія”

На тему: «Хімічний склад, будова і функції окремих органоїдів клітини»

Виконав студент

групи 2 ПМ-10

Ахметов Сергій Сергійович

2010

Зміст

Введення

I. Будова і функції оболонки клітки

1. Оболонка клітин

2. Плазматична мембрана

3. Фагоцитоз

4. Цитоплазма

5. Ендоплазматична мережа

6. Рибосоми

7. Мітохондрії

8. Пластида

9. Апарат Гольджі

10. Лізосоми

11. Клітинний центр

12. Клітинні включення

13. Ядро

II. Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини

1. Атомний і молекулярний склад клітки

2. Вміст хімічних елементів

Висновок

Список використаної літератури

Введення

Цитологія - наука про клітку. Наука про клітку називається цитологією (від грецького "цитос" - клітка, "логос" - наука). Предмет цитології - клітки багатоклітинних тварин і рослин, а також одноклітинних організмів, до яких належать бактерії, найпростіші й одноклітинні водорості. Цитологія вивчає будову й хімічний склад кліток, функції внутрішньоклітинних структур, функції кліток в організмі тварин і рослин, розмноження й розвиток кліток, пристосування кліток до умов навколишнього середовища. Сучасна цитологія - наука комплексна. Вона має самі тісні зв'язки з іншими біологічними науками, наприклад з ботанікою, зоологією, фізіологією, вченням про еволюцію органічного миру, а також з молекулярною біологією, хімією, фізикою, математикою. Цитологія - одна з відносно молодих біологічних наук, її вік близько 100 років. Вік же терміна "клітка" нараховує понад 300 років. Уперше назва "клітка" у середині XVII в. застосував Р. Гук . Розглядаючи тонкий зріз пробки за допомогою мікроскопа, Гук побачив, що пробка складається із гнізд - кліток.

Клітинна теорія. У середині XIX сторіччя на основі вже численних знань про клітку Теодор Шванн (див. додаток) сформулював клітинну теорію (1838 рік). Він узагальнив, що були знання про клітку й показав, що клітка представляє основну одиницю будови всіх живих організмів, що клітки тварин і рослин подібні по своїй будові. Ці положення з'явилися найважливішими доказами єдності походження всіх живих організмів, єдність усього органічного миру. Теодор Шванн вніс у науку правильне розуміння клітки як самостійної одиниці життя, найменшої одиниці живого: поза кліткою немає життя.

Вивчення хімічної організації клітки привело до висновку, що саме хімічні процеси лежать в основі її життя, що клітки всіх організмів подібні по хімічному складу, у них однотипно протікають основні процеси обміну речовин. Дані про подібність хімічного складу кліток ще раз підтвердили єдність усього органічного миру.

Сучасна клітинна теорія включає наступні положення:

* клітка - основна одиниця будови й розвитку всіх живих організмів, найменша одиниця живого;

* клітки всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні (гомологічні) по своїй будові, хімічному складі, основних проявах життєдіяльності й обміну речовин;

* розмноження кліток відбувається шляхом їхнього розподілу, і кожна нова клітка утворюється в результаті розподілу вихідної (материнської) клітки;

* у складних багатоклітинних організмах клітки спеціалізовані по виконуваній ними функції й утворюють тканини; із тканин полягають органі, які тісно зв'язані між собою й підлеглі нервовим і гуморальним системам регуляції. Дослідження клітки мають велике значення для розгадки захворювань. Саме в клітках починають розвиватися патологічні зміни, що приводять до виникнення захворювань. Щоб зрозуміти роль кліток у розвитку захворювань, приведемо кілька прикладів. Одне із серйозних захворювань людини - цукровий діабет. Причина цього захворювання - недостатня діяльність групи кліток підшлункової залози, що виробляють гормон інсулін, який бере участь у регуляції цукрового обміну організму. Злоякісні зміни, що приводять до розвитку ракових пухлин, виникають також на рівні кліток. Збудники кокцидіозу - небезпечного захворювання кроликів, курей, гусаків і качок - паразитичні найпростіші - кокцидії проникають у клітки кишкового епітелію й печінки, ростуть і розмножуються в них, повністю порушують обмін речовин, а потім руйнують ці клітки. У хворих кокцидіозом тварин сильно порушується діяльність травної системи, і при відсутності лікування тварини гинуть. От чому вивчення будови, хімічного складу, обміну речовин і всіх проявів життєдіяльності кліток необхідно не тільки в біології, але також у медицині й ветеринарії.

Вивчення кліток різноманітних одноклітинних і багатоклітинних організмів за допомогою світлооптичного й електронного мікроскопів показало, що по своїй будові вони розділяються на дві групи. Одну групу становлять бактерії й синьо-зелені водорості. Ці організми мають найбільш проста будова кліток. Їх називають доїденими (прокаріотами), тому що в них немає оформленого ядра (від грецького "картон" - ядро) і немає багатьох структур, які називають органоїдами. Іншу групу становлять усі інші організми: від одноклітинних зелених водоростей і найпростіших до вищих квіткових рослин, ссавців, у тому числі й людини. Вони мають складно влаштовані клітки, які називають ядерними. Ці клітки мають ядро й органоїди специфічні функції, що виконують. Особливу, неклітинну форму життя становлять віруси, вивченням яких займається вірусологія.

I. Будова і функції оболонки клітки

Клітка будь-якого організму, являє собою цілісну живу систему. Вона складається із трьох нерозривно зв'язаних між собою частин: оболонки, цитоплазми і ядра. Оболонка клітки здійснює безпосередню взаємодію із зовнішнім середовищем і взаємодію із сусідніми клітками (у багатоклітинних організмів).

1. Оболонка клітин

Оболонка кліток має складну будову. Вона складається із зовнішнього шару й розташованої під ним плазматичної мембрани. Клітки тварин і рослин різняться по будові їх зовнішнього шару. У рослин, а також у бактерій, синьо-зелених водоростей і грибів на поверхні кліток розташована щільна оболонка, або клітинна стінка. У більшості рослин вона складається із клітковини. Клітинна стінка відіграє винятково важливу роль: вона являє собою зовнішній каркас, захисну оболонку, забезпечує тургор рослинних кліток: через клітинну стінку проходить вода, солі, молекули багатьох органічних речовин.

Зовнішній шар поверхні кліток тварин на відміну від клітинних стінок рослин дуже тонкий, еластичний. Він не видний у світловий мікроскоп і складається з різноманітних полісахаридів і білків. Поверхневий шар тваринних кліток одержав назву глікокалікс.

Глікокалікс виконує, насамперед , функцію безпосереднього зв'язку кліток тварин із зовнішнім середовищем, з усіма навколишніми її речовинами. Маючи незначну товщину (менше 1 мкм), зовнішній шар клітки тварин не виконує опорної ролі, яка властива клітинним стінкам рослин. Утвір глікокалікса, так само як і клітинних стінок рослин, відбувається завдяки життєдіяльності самих кліток.

2. Плазматична мембрана

Під глікокаліксом і клітинною стінкою рослин розташована плазматична мембрана (від латинського "мембрана" - шкірочка, плівка), що граничить безпосередньо із цитоплазмою. Товщина плазматичної мембрани близько 10 нм, вивчення її будови й функцій можливо тільки за допомогою електронного мікроскопа. До складу плазматичної мембрани входять білки й ліпіди. Вони впорядковане, розташовані й з'єднано один з одним хімічними взаємодіями. По сучасних виставах молекули ліпідів у плазматичній мембрані розташовані у два ряди й утворюють суцільний шар. Молекули білків не утворюють суцільного шару, вони розташовуються в шарі ліпідів, поринаючи в нього на різну глибину.

Молекули білка й ліпідів рухливі, що забезпечує динамічність плазматичної мембрани.

Плазматична мембрана виконує багато важливих функцій, від яких залежить життєдіяльність кліток. Одна з таких функцій полягає в тому, що вона утворює бар'єр, що відмежовує внутрішній зміст клітки від зовнішнього середовища. Але між клітками й зовнішнім середовищем постійно відбувається обмін речовин. Із зовнішнього середовища в клітку надходить вода, різноманітні солі у формі окремих іонів, неорганічні й органічні молекули. Вони проникають у клітку через дуже тонкі канали плазматичної мембрани. У зовнішнє середовище виводяться продукти, утворені в клітці. Транспорт речовин - одна з головних функцій плазматичної мембрани. Через плазматичну мембрану із кліті виводяться продукти обміну, а також речовини, синтезовані в клітці. До них належать різноманітні білки, вуглеводи, гормони, які виробляються в клітках різних залоз і виводяться в позаклітинне середовище у формі дрібних крапель.

Клітки, що утворюють у багатоклітинних тварин різноманітні тканини (епітеліальну, м'язову й ін.), з'єднуються один з одним плазматичною мембраною. У місцях з'єднання двох кліток мембрана кожної з них може утворювати складки або вирости, які надають з'єднанням особливу міцність.

З'єднання кліток рослин забезпечується шляхом утвору тонких каналів, які заповнені цитоплазмою й обмежені плазматичною мембраною. По таких каналах, що проходять через клітинні оболонки, з однієї клітки в іншу надходять живильні речовини, іони, вуглеводи й інші з'єднання.

На поверхні багатьох кліток тварин, наприклад, різних епітеліїв, перебувають дуже дрібні тонкі вирости цитоплазми, покриті плазматичною мембраною, - мікроворсинки. Найбільша кількість мікроворсинок перебуває на поверхні кліток кишечнику, де відбувається інтенсивне переварювання, і усмоктування перевареної їжі.

3. Фагоцитоз

Великі молекули органічних речовин, наприклад білків і полісахаридів, частки їжі, бактерії надходять у клітку шляхом фагоцита (від грецького "фагео" - пожирати). У фагоциті особиста участь ухвалює плазматична мембрана. У тому місці, де поверхня клітки стикається із часткою якої-небудь щільної речовини, мембрана прогинається, утворює поглиблення й оточує частку, яка в "мембранній упаковці" поринає усередину клітки. Утворюється травна вакуоль, і в ній переварюються органічні речовини, що зробили в клітку.

4. Цитоплазма

Відмежована від зовнішнього середовища плазматичною мембраною, цитоплазма являє собою внутрішнє напіврідке середовище кліток. У цитоплазму еукаріотичних кліток розташовуються ядро й різні органоїди. Ядро розташовується в центральній частині цитоплазми. У ній зосереджені й різноманітні включення - продукти клітинної діяльності, вакуолі, а також дрібні трубочки й нитки, що утворюють кістяк клітки. У складі основної речовини цитоплазми переважають білки. У цитоплазмі протікають основні процеси обміну речовин, вона поєднує в одне ціле ядро й усі органоїди, забезпечує їхню взаємодію, діяльність клітки як цілісної живої єдиної системи.

5. Ендоплазматична мережа

Уся внутрішня зона цитоплазми заповнена численними дрібними каналами й порожнинами, стінки яких являють собою мембрани, подібні по своїй структурі із плазматичною мембраною. Ці канали гілкуються, з'єднуються один з одним і утворюють мережа, що одержала назва ендоплазматичної мережі.

Ендоплазматична мережа неоднорідна по своїй будові. Відомі два її типи - гранулярна й гладка. На мембранах каналів і порожнин гранулярної мережі розташовується безліч дрібних округлих тілець - рибосом, які надають мембранам шорсткуватий вид. Мембрани гладкої ендоплазматичної мережі не несуть рибосом на своїй поверхні.

Ендоплазматична мережа виконує багато різноманітних функцій. Основна функція гранулярної ендоплазматичної мережі - участь у синтезі білка, який здійснюється в рибосомах. На мембранах гладкої ендоплазматичної мережі відбувається синтез ліпідів і вуглеводів. Усі ці продукти синтезу накопичуються в каналах і порожнинах, а потім транспортуються до різних органоїдам клітки, де споживаються або накопичуються в цитоплазмі в якості клітинних включень. Ендоплазматична мережа зв'язує між собою основні органоїди клітки.

6. Рибосоми

Рибосоми виявлені в клітках усіх організмів. Це мікроскопічні тільця округлої форми діаметром 15-20 нм. Кожна рибосома складається із двох неоднакових по розмірах часток, малої й великий.

В одній клітці втримується багато тисяч рибосом, вони розташовуються або на мембранах гранулярної ендоплазматичної мережі, або вільно лежать у цитоплазмі. До складу рибосом входять білки й РНК. Функція рибосом - це синтез білка. Синтез білка - складний процес, який здійснюється не однієї рибосомою, а цілою групою, що включає до декількох десятків об'єднаних рибосом. Таку групу рибосом називають полісомой. Синтезовані білки спочатку накопичуються в каналах і порожнинах ендоплазматичної мережі, а потім транспортуються до органоїдам і ділянкам клітки, де вони споживаються. Ендоплазматична мережа й рибосоми, розташовані на її мембранах, являють собою єдиний апарат біосинтезу й транспортування білків.

7. Мітохондрії

У цитоплазмі більшості кліток тварин і рослин утримуються дрібні тільця (0,2-7 мкм) - мітохондрії (від грецького "мітос, Мінос, мітоз" - нитка, "хондріон" - зерно, гранула).

Мітохондрії добре видні у світловий мікроскоп, за допомогою якого можна розглянути їхню форму, розташування, порахувати кількість. Внутрішня будова мітохондрій вивчена за допомогою електронного мікроскопа. Оболонка мітохондрії складається із двох мембран - зовнішньої й внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, вона не утворює ніяких складок і виростів. Внутрішня мембрана, навпаки, утворює численні складки, які спрямовані в порожнину мітохондрії. Складки внутрішньої мембрани називають кристами (від латинського "кристаикриста, креста, крипта, Кристи, Крита, триста, Христа, юриста" - гребінь, виріст).

Число крист неоднаково в мітохондріях різних кліток. Їх може бути від декількох десятків до декількох сотень, причому особливо багато крист у мітохондріях активно функціонуючих кліток, наприклад м'язових.

Мітохондрії називають "силовими станціями" кліток" тому що їхня основна функція - синтез аденозинтрифосфорної кислоти (АТФарф, АТС, ату, афт). Ця кислота синтезується в мітохондріях кліток усіх організмів і являє собою універсальне джерело енергії, необхідний для здійснення процесів життєдіяльності клітки й цілого організму. Нові мітохондрії утворюються розподілом уже існуючих у клітці мітохондрій.

8. Пластида

У цитоплазмі кліток усіх рослин перебувають пластиди. У клітках тваринних пластиди відсутні. Розрізняють три основні типи пластид: зелені - хлоропласти; червоні, жовтогарячі й жовті - хромопласти; безбарвні - лейкопласти.

а) Хлоропласт. Ці органоїди втримуються в клітках листів і інших зелених органів рослин, а також у різноманітних водоростей. Розміри хлоропластів 4-6 мкм, найбільше часто вони мають овальну форму. У вищих рослин в одній клітці звичайно буває кілька десятків хлоропластів. Зелений колір хлоропластів залежить від змісту в них пігменту хлорофілу. Хлоропласт - основний органоїд кліток рослин, у якім відбувається фотосинтез, тобто утвір органічних речовин (вуглеводів) з неорганічних (СО₂ і Н₂О) при використанні енергії сонячного світла.

По будові хлоропласти подібні з мітохондріями. Від цитоплазми хлоропласт відмежовано двома мембранами - зовнішньої й внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, без складок і виростів, а внутрішня утворює багато складчастих виростів, спрямованих усередину хлоропласта. Тому усередині хлоропласта зосереджена велика кількість мембран, що утворюють особливі структури - грани. Вони складені на зразок стопки монет.

У мембранах гранів розташовуються молекули хлорофілу, тому саме тут відбувається фотосинтез. У хлоропластах синтезується й АТФ. Між внутрішніми мембранами хлоропласта втримуються ДНК, РНК і рибосоми. Отже, у хлоропластах, так само як і в мітохондріях, відбувається синтез білка, необхідного для діяльності цих органоїдів. Хлоропласти розмножуються розподілом.

б) Хромопласти перебувають у цитоплазмі кліток різних частин рослин: у квітках, плодах, стеблах, листах. Присутністю хромопластів пояснюється жовте, жовтогаряче й червоне фарбування віночків квіток, плодів, осінніх листів.

в) Лейкопласти перебувають у цитоплазмі кліток незабарвлених частин рослин, наприклад у стеблах, коріннях, бульбах. Форма лейкопластів різноманітна.

Хлоропласти, хромопласти й лейкопласти здатні клітка взаємному переходу. Так при дозріванні плодів або зміні фарбування листів восени хлоропласти перетворюються в хромопласти, а лейкопласти можуть перетворюватися в хлоропласти, наприклад, при озелененні бульб картоплі.

9. Апарат Гольджі

У багатьох клітках тварин, наприклад у нервових, він має форму складної мережі, розташованої навколо ядра. У клітках рослин і найпростіших апарат Гольджі представлений окремими тельцями серповидної або паличкоподібної форми. Будова цього органоїда подібно в клітках рослинних і тваринних організмів, незважаючи на різноманітність його форми.

До складу апарата Гольджі входять: порожнини, обмежені мембранами й розташовані групами (по 5-10); великі й дрібні пухирці, розташовані на кінцях порожнин. Усі ці елементи становлять єдиний комплекс.

Апарат Гольджі виконує багато важливих функцій. По каналах ендоплазматичної мережі до нього транспортуються продукти синтетичної діяльності клітки - білки, вуглеводи й жири. Усі ці речовини спочатку накопичуються, а потім у вигляді великих і дрібних пухирців надходять у цитоплазму й або використовуються в самій клітці в процесі її життєдіяльності, або виводяться з неї й використовуються в організмі. Наприклад, у клітках підшлункової залози ссавців синтезуються травні ферменти, які накопичуються в порожнинах органоїда. Потім утворюються пухирці, наповнені ферментами. Вони виводяться із кліток у протоку підшлункової залози, звідки перетікають у порожнину кишечнику. Ще одна важлива функція цього органоїда полягає в тому, що на його мембранах відбувається синтез жирів і вуглеводів (полісахаридів), які використовуються в клітці і які входять до складу мембран. Завдяки діяльності апарата Гольджі відбуваються відновлення й ріст плазматичної мембрани.

10. Лізосоми

Являють собою невеликі округлі тільця. Від Цитоплазми кожна лізосома відмежована мембраною. Усередині лізосоми перебувають ферменти, що розщеплюють білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти.

До харчової частки, що зробила в цитоплазму, підходять лізосоми, зливаються з нею, і утворюється одна травна вакуоль, усередині якої перебуває харчова частка, оточена ферментами лізосом. Речовини, що утворювалися в результаті переварювання харчової частки, надходять у цитоплазму й використовуються кліткою.

Володіючи здатністю до активного переварювання харчових речовин, лізосоми беруть участь у видаленні частин, що відмирають у процесі життєдіяльності, кліток, цілих кліток і органів. Утвір нових лізосом відбувається в клітці постійно. Ферменти, що втримуються в лізосомах, як і всякі інші білки, синтезуються на рибосомах цитоплазми. Потім ці ферменти надходять по каналах ендоплазматичної мережі до апарата Гольджі, у порожнинах якого формуються лізосоми. У такому виді лізосоми надходять у цитоплазму.

11. Клітинний центр

У клітках тварин поблизу ядра перебуває органоїд, який називають клітинним центром. Основну частину клітинного центру становлять два маленькі тельці - центріолі, розташовані в невеликій ділянці ущільненої цитоплазми. Кожна центріоль має форму циліндра довжиною до 1 мкм. Центріолі відіграють важливу роль при розподілі клітки; вони беруть участь в утворі веретена розподілу.

12. Клітинні включення

До клітинних включень ставляться вуглеводи, жири й білки. Усі ці речовини накопичуються в цитоплазмі клітки у вигляді крапель і зерен різної величини й форми. Вони періодично синтезуються в клітці й використовуються в процесі обміну речовин.

13. Ядро

Кожна клітка одноклітинних і багатоклітинних тварин, а також рослин містить ядро. Форма й розміри ядра залежать від форми й розміру кліток. У більшості кліток є одне ядро, і такі клітки називають одноядерними. Існують також клітки із двома, трьома, з декількома десятками й навіть сотнями ядер. Це - багатоядерні клітки.

Ядерний сік - напіврідка речовина, яка перебуває під ядерною оболонкою й представляє внутрішнє середовище ядра.

II. Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини

1. Атомний і молекулярний склад клітки

У мікроскопічній клітці втримується кілька тисяч речовин, які беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, що протікають у клітці, - одне з основних умов її життя, розвитку й функціонування.

Усі клітки тварин і рослинних організмів, а також мікроорганізмів подібні по хімічному складу, що свідчить про єдність органічного миру.

2. Вміст хімічних елементів

З 109 елементів періодичної системи Менделєєва в клітках виявлена значна їхня більшість. Особливо великий зміст у клітці чотирьох елементів - кисню, вуглецю, азоту й водню. У сумі вони становлять майже 98% усього вмісту клітки. Наступну групу становлять вісім елементів, зміст яких у клітці обчислюється десятими й сотими частками відсотка. Це сіра, фосфор, хлор, калій, магній, натрій, кальцій, залізо. У сумі вони становлять 1,9%. Усі інші елементи втримуються в клітці у винятково малих кількостях (менше 0,01%).

Таким чином, у клітці немає яких-небудь особливих елементів, характерних тільки для живої природи. Це вказує на зв'язок і єдність живої й неживої природи. На атомному рівні відмінностей між хімічним складом органічного й не органічного миру немає. Відмінності виявляються на більш високому рівні організації - молекулярному.

Висновок

Ця тема зацікавила мене тим, що вона складна і мало розглядається по шкільній програмі. Стільки функцій виконується в цьому дрібному «окремому організмі» - клітині.

У своїй роботі я спробував розглянути будову і функції кожного органоїда окремо. Також розповів про хімічний склад клітини.

Список використаної літератури

1. А.О. Гусєв, І.Л. Кнунянц та інші. Радянський енциклопедичний словник. - Москва: Радянська енциклопедія, 1988. - Стор. 588-589.

2. А.С. Бату. Біологія ЛЮДИНА. - Москва: Дрофа, 1998.

3. Казімєж Гріб. Шеренга великих біологів. - Москва: Наша Ксенгарня, 1971.

4. Ю.І. Полянський. Загальна біологія (10-11 класів). - Москва: Просвіта, 1989.