Все о клетках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат по биологии

на тему: Все о клетках

Введение

Цитология (от греч. «цитос» - клетка и «логос» - наука) - наука о клетках. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособление 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 и математикой.

Цитология - одна из молодых биологических наук, ёё возраст около 100 лет. Возраст же термина «клетка» насчитывает около 300 лет.

Исследуя клетку как важнейшую единицу живого, цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин. Изучение клеточного строения организмов было начато микроскопами XVII века, в XIX веке была создана единая для всего органического мира клеточная теория ( Т.Шванн, 1839г.). В XX веке быстрому прогрессу цитологии способствовали новые методы: электронная микроскопия, изотопные индикаторы, культивирование клеток и др. Коренное улучшение всей техники микроскопирования позволило исследователям к началу XX столетия обнаружить основные клеточные органоиды, выяснить строение ядра и закономерности клеточного деления, расшифровать механизмы оплодотворения и созревания половых клеток. В 1876г. был открыт клеточный центр, в 1894г. - митохондрии, в 1898г. - аппарат Гольджи.

Название «клетка» предложил англичанин Р.Гук ещё в 1665г., но только в XIX веке началось её систематическое изучение. Несмотря на то, что клетки могут входить в состав различных организмов и органов (бактерий, икринок, эритроцитов, нервов и т.д.) и даже существовать как самостоятельные (простейшие) организмы, в их строении и функциях обнаружено много общего. Хотя отдельная клетка представляет собой наиболее простую форму жизни, строение её достаточно сложно.

Крупный вклад в развитие учения о клетке второй половины XIX - начала XX века внесли отечественные цитологи - И.Д.Чистяков (описание фаз методического деления), И.Н.Горожанкин ( изучение цитологических основ оплодотворения у растений) и особенно С.Т.Навашин, открывший в 1898г. явление двойного оплодотворения у растений.

Успехи в изучении клетки приводили к тому, что внимание биологов всё больше концентрировалось на клетке как основной структурной единице живых организмов. Всё более очевидным становилось то, что в особенностях строения и функций клетки лежит ключ к решению многих фундаментальных проблем биологии. Вместе с тем изучение клетки породило собственные проблемы, как методические, так и теоретические. Всё это и привело в конце XIX века к выделению цитологии в отдельный и самостоятельный раздел биологии.

Широкое использование новейших методов физики и химии обусловило прогресс, достигнутый в последнее десятилетие в развитии основных направлений цитологических исследований - в изучении строения, функционирования и воспроизведения клетки. Например, изучение морфологии клетки в настоящее время почти целиком базируется на использовании электронной микроскопии, при помощи которой были открыты такие важнейшие клеточные органоиды, как эндоплазматическая сеть, рибосомы, лизосомы.

Применение методов молекулярной биологии привело к открытию доли ДНК как носителя наследственной информации в клетке и к расшифровке генетического кода. Благодаря молекулярно-генетическим и биохимическим методам анализа выяснены основные этапы синтеза белка в клетке

Значение клетки как элементарной структуры и функции живого, как центра основных биохимических реакций, протекающих в организме, как носителе материальных основ наследственности делает цитологию важнейшей общебиологической дисциплиной.

Открытие клетки. Клеточная теория

Великий русский физиолог И.П.Павлов писал: «Науку принято сравнивать с постройкой. Как здесь так и там трудится много народа, и здесь, и там происходит разделение труда. Кто составляет план, один кладут фундамент, другие возводят стены и так далее….». «Постройка» клеточной теории началась почти 350 лет назад.

Итак, 1665год, Лондон, кабинет физика Роберта Гука. Хозяин настраивает микроскоп собственной конструкции. Профессору Гуку тридцать лет, он окончил Оксфордский университет, работал ассистентом у знаменитого Роберта Бойля. Очень жаль, что до нас не дошел ни один портрет Гука. Впрочем, их вообще не было. Гук считал себя некрасивым и отказывался позировать.

Гук был неординарным исследователем. Свои попытки заглянуть за горизонт человеческих познаний он не ограничивал какой-либо одной областью. Проектировал здания, установил на термометре «точки отсчета» - кипения и замерзания воды, изобрёл воздушный насос и прибор для определения силы ветра Потом увлёкся возможностями микроскопа. Он рассматривал под стократным увеличением всё, что попадало под руку, - муравья и блоху, песчинку и водоросли. Однажды под объективом оказался кусочек пробки. Что же увидел молодой учёный? Удивительную картину - правильно расположенные пустоты, похожие на пчелиные соты. Позднее такие же ячейки он нашел не только в отмершей растительной ткани, но и в живой. Гук назвал их клетками и вместе с полусотней других наблюдений описал в книге Микрография». Однако именно это наблюдение под номером 18 принесло ему славу первооткрывателя клеточного строения живых организмов. Славу, которая самому Гуку была не нужна. Вскоре его захватили другие идеи, и он больше никогда не возвращался к микроскопу, а о клетках и думать забыл.

Зато у других учёных открытие Гука пробудило крайнее любопытство. Итальянец Марчелло Мальпиги называл это чувство «человеческим зудом познания». Он также стал рассматривать в микроскоп разные части растений. И обнаружил, что те состоят из мельчайших трубочек, мешочков, пузырьков. Разглядывал Мальпиги под микроскопом и кусочки тканей человека и животных. Увы, техника того времени была слишком слаба. Поэтому клеточное строение животного организма ученый так и не распознал.

Дальнейшая история открытия продолжилась в Голландии. Антони ван Левенгук (1632-1723 г.г.) никогда не думал, что его имя будет стоять в ряду великих ученых. Сын промышленника и торговца из Делфта, он тоже торговал сукном. Так и прожил бы Левенгук незаметным коммерсантом, если бы не его страстное увлечение да любопытство. На досуге он любил шлифовать стёкла, изготовляя линзы. Голландия славилась своими оптиками, но Левенгук достиг небывалого мастерства. Его микроскопы, состоявшие лишь из одной линзы, были гораздо лучше тех, которые имели несколько увеличительных стёкол. Сам он утверждал, что сконструировал 200 таких приборов, давших увеличение до 270раз. А ведь ими было очень трудно пользоваться. Вот что писал об этом физик Д.С.Рождественский: «Вы можете себе представить ужасное неудобство этих мельчайших линзочек. Объект вплотную к линзе, линза вплотную к глазу, носа девать некуда.». Кстати, Левенгук до последних дней, а дожил он до 90 лет, сумел сохранить остроту зрения.

Через свои линзы естествоиспытатель увидел новый мир, о существовании которого не догадывались даже отчаянные фантазёры. Больше всего поразили Левенгука его обитатели - микроорганизмы. Эти мельчайшие существа обнаруживались везде: в капле воды и комке земли, в слюне и даже на самом Ливенгуке. С 1673г. подробные описания и зарисовки своих удивительных наблюдений исследователь отправил в Лондонское королевское общество. Но учёные мужи не спешили ему верить. Ведь было задето их самолюбие: «неуч», «профан», «мануфактурщик», а туда же, в науку. Левенгук тем временем неустанно посылал новые письма о своих замечательных открытиях. В итоге академикам пришлось признать заслуги голландца. В 1680г. Королевское общество избрало его полноправным членом. Левенгук стал мировой знаменитостью. Отовсюду в Делфт ехали смотреть на диковины, открываемые его микроскопами. Одним из самых знатных гостей был русский царь ПётрI - большой охотник жо всего нового… Левенгуку, не прекращавшему исследований, многочисленные гости только мешали. Любопытство и азарт подгоняли первооткрывателя. За 50 лет наблюдений Левенгук открыл более 200 видов микроорганизмов и первым сумел описать структуры, которые, как мы теперь знаем, являются клетками человека. В частности, он увидел эритроциты и сперматозоиды (по его тогдашней терминологии, «шарики» и «зверьки»). Конечно, Левенгук и не предполагал, что это были клетки. Зато он рассмотрел и очень подробно зарисовал строение волокна сердечной мышцы. Поразительная наблюдательность для человека с такой примитивной техникой.

Антони ван Левенгук был, пожалуй, единственным за всю историю построения клеточной теории учёным без специального образования. Зато все остальные, не менее знаменитые исследователи клеток учились в университетах и были людьми высокообразованными. Немецкий ученый Каспар Фридрих Вольф, например, изучал медицину в Берлине, а затее в Галле. Уже в 26лет он написал труд «Теория зарождения», за который был подвергнут на родине резкой критике коллег. Что же нового для развития клеточной теории дали исследования Вольфа? Описывая «пузырьки», «зёрнышки», «клетки», он увидел их общие черты у животных и растений. Кроме того, Вольф впервые предположил, что клетки могут иметь определенное значение в развитии организма. Его труды помогли другим учёным правильно понять роль клеток.

Теперь хорошо известно, что главная часть клетки - ядро. Впервые. Кстати, описал ядро(в эритроцитах рыб) Левенгук ещё в 1700г.. Но ни он, ни многие другие видевшие ядро учёные не придавали ему особого значения. Лишь в 1825г. чешский биолог Ян Эвангелиста Пуркинье исследуя яйцеклетку птиц, обратил внимание на ядро. «Сжатый сферический пузырёк, одетый тончайшей оболочкой. Он…преисполнен производящей силой, отчего я и назвал его «зародышевый пузырёк»», - писал учёный.

В 1837г. Пуркинье сообщил научному миру результаты многолетней работы: в в каждой клетке организма животного и человека есть ядро. Это была очень важная новость. В то время было известно лишь о наличии ядра в растительных клетках. К такому выводу пришёл английский ботаник Роберт Броун за несколько лет до открытия Пуркинье. Броун, кстати, и ввёл в употребление сам термин «ядро». А Пуркинье, к сожалению, не сумел обобщить накопленные знания о клетках. Прекрасный экспериментатор, он оказался слишком осторожен в выводах.

К середине XIX века наука наконец вплотную подошла к тому, чтобы достроить здание под названием «клеточная теория». Немецкие биологи Матиас Якоб Шлейден и Теодор Шванн были друзьями. В их судьбах немало общего, но главное, что их объединяло, - «человеческий зуд познания» и страсть к науке. Сын врача, юрист по образованию, Матиас Шлейден в 26лет решил круто изменить свою судьбу. Он вновь поступил в университет - на медицинский факультет и по окончании его занялся физиологией растений. Целью его работы было понять, как происходит образование клеток. Шлейден совершенно справедливо полагал, что ведущая роль в этом процессе принадлежит ядру. Но, описывая возникновение клеток, учёный, увы, ошибался. Он считал, сто каждая новая клетка развивается внутри старой. А это, конечно же, не так. Кроме того, Шлейден думал, что клетки животных и растений не имеют ничего общего. Вот почему не он сформулировал основные постулаты клеточной теории. Это сделал Теодор Шванн.

Воспитываясь в очень религиозной семье, Шванн мечтал стать священнослужителем. Для того чтобы лучше подготовиться к духовной карьере, он поступил на философский факультет Боннского университета. Но вскоре любовь к естественным наукам пересилила, и Шванн перешел на медицинский факультет. После его окончания он работал в Берлинском университете, где изучал строение спинной струны - основного органа нервной системы животных из отряда круглоротых. Учёный открыл оболочку нервных волокон у человека. Серьёзной научной работой Шванн занимался всего пять лет. В расцвете сил и славы он неожиданно бросил исследования, уехал в маленький тихий Льеж и стал преподавать. Религия и наука так и не сумели ужиться в этом замечательном человеке.

В октябре !837г. в Берлине произошло важнейшее для науки событие. Случилось всё в небольшом ресторанчике, куда зашли перекусить два молодых человека. Годы спустя один из них - Теодор Шванн вспоминал: «Однажды, когда я обедал с господином Шлейденом, этот знаменитый ботаник указал мне на важную роль, которую ядро играет в растительных клеток. Я тотчас же припомнил, что видел подобный же орган в клетках спинной струны, и в тот же момент понял крайнюю важность, которую будет иметь моё открытие, если я сумею показать, что в клетках спинной струны это ядро играет ту же роль, что и ядро растений в развитии их клеток… С этого момента все мои усилия были направлены к нахождению доказательств предсуществования ядра клетки».

Усилия оказались не напрасны. Уже через два года вышла в свет его книга «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В ней были изложены основные идеи клеточной теории. Шванн не только первым увидел в клетке то, что объединяет и животные и растительные организмы, но и показал сходство в развитии всех клеток.

Конечно, авторство со Шванном разделяют и все учёные, возводившие «постройку». А особенно Матиас Шлейден, подавший другу блестящую идею. Известен афоризм: «Шванн стоял на плечах Шлейдена». Его автор - Рудольф Вирхов, выдающийся немецкий биолог. Вирхову же принадлежит и другое крылатое выражение: «Omnis cellula e cellula», что с латыни переводится: «Всякая клетка от клетки». Именно этот постулат стал триумфальным лавровым венком для теории Шванна.

Рудольф Вирхов изучал значение клетки для всего организма. Ему, окончившему медицинский факультет, особенно интересна была роль клеток при заболеваниях. Работы Вирхова о болезнях послужили базой для новой науки - патологической анатомии. Именно Вирхов ввёл в науку о болезнях понятие клеточной патологии. Но в своих искания он несколько перегнул палку. Представляя живой организм как «клеточное государство», Вирхов считал клетку полноценной личностью. «Клетка…да, это именно личность, притом деятельная, активная личность, и её деятельность есть…продукт явлений, связанных с продолжением жизни».

Шли годы, развивалась техника, появился электронный микроскоп, дающий увеличение в десятки тысяч раз. Учёные сумели разгадать немало тайн, заключённых в клетке. Было подробно описано деление, открыты клеточные органеллы, поняты биохимические процессы в клетке, наконец, была расшифрована структура ДНК. Казалось бы, ничего нового о клетке уже не узнать. И всё же есть ещё много непонятного, неразгаданного, и наверняка будущие поколения исследователей положат новые кирпичики в здание науки о клетке.

Клеточная теория сохранила своё значение и в настоящее время. Она была неоднократно проверена и дополнена многочисленным материалом о строении, функциях, химическом составе, размножении и развитии клеток разнообразных организмов.

Современная клеточная теория включает следующие положения:

1. Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны(гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмена веществ.

3. Размножение клеток происходит путём их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Общее строение клетки

Клетка - основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система.

Клетки всех организмов имеют единый план строения, в котором чётко проявляется общность всех процессов жизнедеятельности. Сами клетки находятся в межклеточном веществе, обеспечивающем их механическую прочность, питание и дыхание. Основные части любой клетки - цитоплазма и ядро.

Клетка покрыта мембраной, состоящей из нескольких слоёв молекул, обеспечивающей избирательную проницаемость веществ. В цитоплазме расположены мельчайшие структуры - органоиды. К органоидам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр.

Ядро.

Ядро - самый заметный и самый большой органоид клетки, который первым привлёк внимание исследователей. Клеточное ядро было открыто в 1831г. шотландским учёным Робертом Брауном. Ядро можно сравнить с кибернетической системой, где имеет место хранение, переработка и передача в цитоплазму огромной информации, заключённой в очень малом объёме. Ядро играет главную роль в наследственности. Ядро выполняет также функцию восстановления клеточного тела(регенерация), является регулятором всех жизненных отправлений клетки. Форма ядра чаще всего шарообразная или яйцевидная. Важнейшей составной частью ядра является хроматин - вещество, хорошо окрашивающееся ядерными красками.

Ядро отделено от цитоплазмы двойной мембраной, которая непосредственно связана с эндоплазматической сетью и комплексом Гольджи. На ядерной мембране присутствуют поры, которые (как и через наружную цитоплазматическую мембрану) одни вещества проходят легче, чем другие, т.е. поры обеспечивают избирательную проницаемость мембраны.

Внутреннее содержимое ядра составляет ядерный сок, заполняющий пространство между структурами ядра. В ядре всегда присутствует одно или несколько ядрышек. В ядрышке образуются рибосомы. Поэтому между активностью клетки и размером ядрышек существует прямая связь: чем активнее протекают процессы биосинтеза белка. Тем крупнее ядрышки, и наоборот, в клетках, где синтез белка ограничен, ядрышки или очень невелики, или совсем отсутствуют.

В ядре расположены нитевидные образования - хромосомы. В ядре клетки тела человека(кроме половых) содержится по 46 хромосом. Хромосомы являются носителями наследственных задатков организма, передающихся от родителей потомству.

Большинство клеток содержит одно ядро, но существуют и многоядерные клетки (в печени, в мышцах и др.). Удаление ядра делает клетку нежизнеспособной.

Мембрана.

Если рассматривать в микроскоп клетку какого-нибудь растения, например, корешка лука, то видно, что она окружена сравнительно толстой оболочкой. Оболочка совсем другой природы хорошо видна у гигантского аксона кальмара. Но не оболочка выбирает какие вещества пускать, а какие не пускать в аксон. Оболочка клетки служит как бы дополнительным «земляным валом», который окружает и защищает главную крепостную стену - клеточною мембрану с её автоматическими воротами, насосами, специальными «наблюдателями», ловушками и другими удивительными приспособлениями.

«Мембрана - крепостная стена клетки», но только в том смысле, что она ограждает и защищает внутреннее содержимое клетки. Растительную клетку можно отделить от наружно оболочки. Можно разрушить оболочку у бактерий. Тогда может показаться, что они вообще ничем не отделены от окружающего раствора - это просто кусочки студня с внутренними включениями.

Новые физические методы, прежде всего электронная микроскопия, не только позволили с несомненностью установить наличие мембраны. Но и рассмотреть некоторые её детали.

Внутреннее содержимое клетки и её мембрана состоят в основном из одних и тех же атомов. Эти атомы - углерод, кислород, водород, азот - расположены в начале таблицы Менделеева. На электронной фотографии тонкого среза клетки мембраны видны в виде двух тёмных линий. С этих снимков может быть точно измерена толщина мембраны.

Итак, клеточная мембрана - очень мелкое молекулярное сито. Однако мембрана - весьма своеобразное сито. Её поры скорее напоминают длинные узкие проходы в крепостной стене средневекового города. Высота и ширина этих проходов в 10 раз меньше длины. Кроме того, в этом сите отверстия встречаются осень редко - поры у некоторых клеток занимают только одну миллионную часть площади мембраны. Это соответствует всего одному отверстию на площади обычного волосяного сита для просеивания муки, т.е. с обычной точки зрения мембрана вовсе не сито.

Цитоплазма.

Цитоплазма - полужидкая слизистая бесцветная масса, содержащая 75-80% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3% жиров и липидов, 1% неорганических и других веществ. Цитоплазматическое содержимое клетки способно двигаться, что способствует оптимальному размещению органоидов, лучшему протеканию биохимических реакций, выделению продуктов обмена и т.д.. Слой цитоплазмы формирует различные образования: реснички, жгутики, поверхностные выросты.

В состав цитоплазмы входят вещества белковой природы. Во многих клетках, например у амёб, в клетках различных эпителиев, гиалоплазма(основное вещество цитоплазмы) содержит тончайшие нити, которые могут переплетаться и образовывать структуры, напоминающие войлок. Эти нитевидные (фибриллярные) связаны с выполнением механической функции: они образуют нечто подобное внутреннему скелету клетки. Фибриллы цитоплазмы не принадлежат к числу постоянных структур: они могут появляться и исчезать при различных состояниях клетки.

Цитоплазма пронизана сложной сетчатой системой, связанной с наружной плазматической мембраной и состоящей из сообщающихся между собой канальцев, пузырьков, уплощённых мешочков. Такая сетчатая система названа вакуолярной системой.

Органоиды клетки

Цитоплазма содержит ряд мельчайших структур клетки - органоидов, которые выполняют различные функции. Органоиды обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Эндоплазматическая сеть. Название этого органоида отражает его место расположения в центральной части цитоплазмы. ЭПС представляет собой очень развёрнутую систему канальцев, трубочек, пузырьков, цистерн разной величины и формы, отграниченных мембранами от цитоплазмы клетки.

ЭПС бывает двух видов: гранулярная, т.е. состоящая из канальцев и цистерн, поверхность которых усеяна зёрнышками(гранулами) и агранулярная, т.е. гладкая(без гран). Граны в эндоплазматической сети есть ни что иное, как рибосомы. В клетках зародышей животных наблюдается в основном гранулярная ЭПС, а у взрослых форм - агранулярная. Зная, что рибосомы в цитоплазме служат местом синтеза белка, можно предположить, что гранулярная ЭПС преобладает в клетках. Активно синтезирующих белок. Считается, что агранулярная сеть в большей степени предоставлена в тех клетках, где идёт активный синтез липидов(жиров и жироподобных веществ).

Оба вида ЭПС не только участвуют в синтезе органических веществ, но и накапливают и транспортируют их к местам назначения, регулируют обмен веществ между клеткой и окружающей её средой.

Рибосомы. Рибосомы - не мембранные клеточные органоиды, состоящие из рибонуклеиновой кислоты и белка. Их внутреннее строение во многом ещё остаётся загадкой. В электронном микроскопе они имеют вид округлых или грибовидных гранул.

Каждая рибосома разделена желобком на большую и малую части(субъединицы). Часто несколько рибосом объединяются нить специальной рибонуклеиновой кислоты(РНК), называемой информационной(иРНК). Рибосомы осуществляют уникальную функцию синтеза белковых молекул из аминокислот.

Комплекс Гольджи. Продукты биосинтеза поступают в просветы полостей и канальцев ЭПС, где они концентрируются в специальный аппарат - комплекс Гольджи, расположенный вблизи ядра. Комплекс Гольджи участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки, в формировании лизосом и т.д.

Комплекс Гольджи был открыт итальянским цитологом Камилио Гольджи и в 1898г. был назван «комплексом(аппаратом) Гольджи». Белки, выработанные в рибосомах, поступают в комплекс Гольджи, а когда они требуются другому органоиду, то часть комплекса Гольджи отделяется, и белок доставляется в требуемое место.

Лизосомы. Лизосомы - это органоиды клетки овальной формы, окружённые однослойной мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, углеводы, липиды. В случае повреждения лизосомной мембраны ферменты начинают расщеплять и разрушать внутреннее содержимое клетки, и она погибает.

Клеточный центр. Клеточный центр можно наблюдать в клетках, способных делиться. Он состоит из двух палочковидных телец - центриолей. Находясь около ядра и комплекса Гольджи, клеточный центр участвует в процессе деления клетки, в образовании веретена деления.

Энергетические органоиды. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. Такое название обуславливается тем, что именно в митохондриях происходит извлечение энергии, заключённой в питательных веществах. Форма митохондрий изменчива, но чаще всего они имеют вид нитей или гранул. Размеры и число их также непостоянны и зависят от функциональной активности клетки.

На электронных микрофотографиях видно, что митохондрии состоят из двух мембран: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана образует выросты, называемые кристами, которые сплошь устланы ферментами. Наличие крист увеличивает общую поверхность митохондрий, что важно для активной деятельности ферментов.

В митохондриях обнаружены свои специфические ДНК и рибосомы. В связи с этим они самостоятельно размножаются при делении клетки.

Пластиды - особые органоиды растительных клеток, в которых осуществляется синтез различных веществ, и в первую очередь фотосинтез. В цитоплазме клеток высших растений имеется три основных типа пластид: зелёные пластиды - хлоропласты; окрашенные в красный, оранжевый и другие цвета - хромопласты; бесцветные пластиды - лейкопласты. Все эти типы пластид могут переходить один в другой.

Хлоропласты - по форме напоминают диск или шар с двойной оболочкой - наружной и внутренней. Внутри хлоропласта также имеются ДНК, рибосомы и особые мембранные структуры - граны, связанные между собой и внутренней мембраной хлоропласта. В мембранах гран и находится хлорофилл. Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение солнечного света в химическую энергию АТФ(аденозитрифосфат). Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза углеводов из углекислого газа и воды.

Хромопласты обычно окрашены в жёлтый, оранжевый, красный или бурый цвета. Сочетания хромопластов, содержащих разные пигменты, создаёт большое разнообразие окрасок цветков и плодов растений.

Лейкопласты - бесцветны, местом их локализации служат неокрашенные части растений.

Органоиды движения. Многие клетки одноклеточных и многоклеточных организмов обладают способностью к движению. Под этим понимается движение клетки в пространстве и внутриклеточное движение её органоидов. В жидкой среде движение клеток осуществляется движением жгутиков и ресничек, так перемещаются многие одноклеточные. Некоторые другие простейшие организмы, а также специализированные клетки многоклеточных передвигаются с помощью выростов, образующихся на поверхности клеток. Клетка находится в постоянном движении. Клеточное движение обеспечивается цитоскелетом, состоящем из микротрубочек, микронитей и клеточного центра. Микротрубочки - это длинные полые цилиндры, стенки которых состоят из белков. Микронити - очень тонкие структуры, состоящие из тысяч молекул белка, соединенных друг с другом.

Клеточные включения

К клеточным включениям относятся белки, жиры и углеводы.

Белки. Белки являются основными веществами клетки, Белки состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Часто в состав белка входит фосфор. Белки служат главным строительным материалом. Они участвуют в формировании мембран клетки, ядра, цитоплазмы, органоидов. Многие белки выполняют роль ферментов(ускорителей течения химических реакций). Будучи продуктами жизнедеятельности живых организмов, белки обеспечивают возможность их существования, развития, созревания и воспроизведения себе подобных. В одной клетке насчитывается до тысячи разных белков. При распаде белков в организме освобождается примерно такое же количество энергии, как и при расщеплении углеводов.

Все эти вещества накапливаются в цитоплазме клетки в виде капель и зёрен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке и используются в процессе обмена веществ.

Роль белков в организме человека чрезвычайно разнообразна. Белки отличаются видовой, тканевой и индивидуальной специфичностью. Каждый белок при введении в организм теплокровного животного, в том числе и человека, вызывает образование антител, то есть обладает антигенными свойствами.

Углеводы. Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. К углеводам относятся глюкоза, гликоген(животный крахмал). Многие углеводы хорошо растворимы в воде и являются основными источниками энергии для осуществления всех жизненных процессов. При распаде одного грамма углеводов освобождается 17,2 кДж энергии.

Углеводы играют важнейшую роль в обмене веществ и энергии в организме человека и животного. Углероды играют важную роль, как основной строительный материал растений, скелета насекомых, ракообразных и других организмов. Кроме того, углероды в составе сложных биополимеров могут являться носителями биологической информации, определяя иммунологическую специфичность этих соединений.

Жиры. Жиры образованы теми же химическими элементами, что и углеводы. Жиры не растворимы в воде. Они входят в состав клеточных мембран. Жиры также служат запасным источником энергии в организме. При полном расщеплении одного грамма жира освобождается 39,1 кДж энергии.

Биологическая роль жиров заключается прежде всего в том, что они входят в состав клеточных структур всех видов тканей и органов и необходимы для построения новых структур.

Функции клеток

Клетка обладает различными функциями: деление, обмен веществ и раздражимость.

Деление клетки.

Деление - это вид размножения клеток. Во время деления клетки хорошо заметны хромосомы. Набор хромосом в клетках тела, характерный для данного вида растений и животных, называется кариотипом.

В любом многоклеточном организме существует два вида клеток - соматические(клетки тела) и половые клетки или гаметы. В половых клетках число хромосом в два раза меньше, чем в соматических. В соматических клетках все хромосомы представлены парами - такой набор называется диплоидным и обозначается 2n. Парные хромосомы(одинаковые по величине, форме, строению) называются гомологичными.

В половых клетках каждая из хромосом в одинарном числе. Такой набор называется гаплоидным и обозначается n.

Наиболее распространённым способом деления соматических клеток является митоз. Во время митоза клетка проходит ряд последовательных стадий или фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, какой был у материнской клетки.

В процессе деления цитоплазмы все её органоиды равномерно распределяются между дочерними клетками. Весь процесс митоза обычно продолжается 1-2часа.

Биологическое значение митоза огромно. Функционирование органов и тканей многоклеточного организма было бы невозможно без сохранения одинакового генетического материала в бесчисленных клеточных поколениях. Митоз обеспечивает такие важные процессы жизнедеятельности, как эмбриональное развитие, рост, поддержание структурной целостности тканей при постоянной утрате клеток в процессе их функционирования, восстановление органов и тканей после повреждения.

Обмен веществ.

Основная функция клетки - обмен веществ. Из межклеточного вещества в клетки постоянно поступают питательные вещества и кислород и выделяются продукты распада. Так, клетки человека поглощают кислород, воду, глюкозу, аминокислоты, минеральные соли, витамины, а выводят углекислый газ, воду, мочевину, мочевую кислоту и т.д.

Набор веществ, свойственный клеткам человека, присущ и многим другим клеткам живых организмов: всем животным клеткам, некоторым микроорганизмам. У клеток зелёных растений характер веществ совершенно иной: пищевые вещества у них составляют углекислый газ и вода, а выделяется кислород. У некоторых бактерий, обитающих на корнях бобовых растений, пищевым веществом служит азот атмосферы, а выводятся соли азотной кислоты. У микроорганизма, селящегося в выгребных ямах и болотах, пищевым веществом служит сероводород, а выделяется сера, покрывая поверхность воды и почвы жёлтым налётом серы.

Таким образом, у клеток разных организмов характер пищевых и выделяемых веществ различается, но общий закон действителен для всех: пока клетка жива, происходит непрерывное движение веществ - из внешней среды в клетку и из клетки во внешнюю среду.

Обмен веществ выполняет две функции. Первая функция - обеспечение клетки строительным материалом. Из веществ, поступающих в клетку, - аминокислот, глюкозы, органических кислот, нуклеотидов - в клетке непрерывно происходит биосинтез белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот. Биосинтез - это образование белков, жиров, углеводов и их соединений из более простых веществ. В процессе биосинтеза образуются вещества, свойственные определённым клеткам организма. Реакции биосинтеза активно идут в молодых, растущих клетках. Однако биосинтез веществ постоянно происходит в клетках, закончивших рост и развитие, так как химический состав клетки в течении её жизни многократно обновляется. Обнаружено, что «продолжительность жизни» молекул белков колеблется от 2-3часов до нескольких дней. После этого срока они разрушаются и заменяются вновь синтезированными.Совокупность реакций, способствующих построению клетки и обновлению её состава, носит название пластического обмена.

Вторая функция обмена веществ - обеспечение клетки энергией. Любое проявление жизнедеятельности нуждается в затрате энергии. Для энергообеспечения клетки используется энергия химических реакций, которая освобождается в результате расщепления поступающих веществ. Совокупность реакций, обеспечивающих клетки энергией, называют энергетическим обменом.

Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны между собой. С одной стороны, все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, так как «продолжительность жизни» молекул ферментов невелика.

Живая клетка представляет собой открытую систему, поскольку между клеткой и окружающей средой постоянно происходит обмен веществ и энергии.

Раздражимость.

Живые клетки способны реагировать на физические и химические изменения окружающей их среды. Это свойство клеток называется возбудимостью. При этом из состояния покоя клетка переходит в рабочее состояние - возбуждение. При возбуждении в клетках меняется скорость биосинтеза и распада веществ, потребление кислорода, температура. В возбуждённом состоянии разные клетки выполняют свойственные им функции. Железистые клетки образуют и выделяют вещества, мышечные клетки сокращаются, в нервных клетках возникает слабый электрический сигнал - нервный импульс, который может распространяться по клеточным мембранам.

Подробный жизненный цикл клетки

Жизнь клетки начинается с её образования после деления родительской клетки и заканчивается естественным старением и смертью. Жизненный цикл клеток, сохраняющих способность к митотическому делению, складывается из двух периодов - митоза и интерфазы, то есть периодами между двумя митозами. Интерфаза занимает около 90% времени жизненного цикла. В этот период происходят разнообразные внутриклеточные синтетические процессы. Одни из них обеспечивают функционирование и рост клетки, другие связаны с подготовкой к митозу.

Митоз - процесс собственно деления клетки, имеющий морфологически и физиологически отличимые стадии. В период подготовки к митозу, то есть в интерфазе, в ядре клетки происходит синтез копий ДНК. В результате количество наследственного материала в ядре удваивается. Ядро увеличивается в размере. Происходят большие изменения в цитоплазме клетки: самовоспроизводятся центриоли, что приводит к появлению двух диплосом вместо одной; более интенсивно начинают функционировать митохондрии, накапливая энергию, необходимую для последующих стадий митоза. В конце интерфазы клетка качественно отличается от исходной и называется родительской. В начале первой стадии митоза(профазе) в ядре исчезает ядрышко, происходит укладка(спирализация) хроматиновых нитей в плотные, компактные, несколько вытянутые частицы - хромосомы. В каждой хромосоме заметна узкая продольная щель, свидетельствующая о том, что на данной стадии митоза родительская хромосома состоит из двух идентичных половинок - дочерних хромосом. Каждая дочерняя хромосома содержит макромолекулу ДНК, состоящую из двух нитей, закрученных в двойную спираль. Одна нить ДНК в этой спирали существовала в ядре и до митоза, а вторая, новая, синтезирована на протяжении интерфазы. В цитоплазме клетки тоже заметны изменения: диплосомы постепенно расходятся в разные стороны, как бы отталкиваясь одна от другой, между ними появляется комплекс связанных с ними тонких нитевидных структур, составленных из микротрубочек: формируется новый компонент клетки - веретено деления. Затем разрушается ядерная оболочка и нити веретена прикрепляются к одному из дифференцированных участков хромосомы - центромере или кинетохору, расположенной либо в средней, либо в концевой части хромосомы. Дочерняя хромосома имеет свою центромеру, и нити веретена протягиваются от каждой из центромер пары дочерних хромосом к дочерним диплосомам, которые, завершив расхождение, образуют в клетке два полюса. На этом профаза заканчивается и наступает следующая стадия - метафаза.

На стадии метафазы хромосомы быстро выстраиваются в экваториальной плоскости веретена, образуя так называемую метафазную пластинку. Затем происходит резкое разъединение дочерних хромосом, и начинается стадия анафазы, когда они расходятся к полюсам клетки. «Растаскивание» хромосом к полюсам осуществляется нитями веретена. При приближении хромосом к полюсам, в которых находятся диплосомы, клетки несколько вытягиваются в направлении движения хромосом. Затем наступает последняя стадия митоза - телофаза, в течении которой веретено постепенно исчезает, хромосомы окружаются вновь появляющейся ядерной оболочкой, деспирализуются и становятся неразличимыми в световом микроскопе, вновь появляются ядрышки, достраивается поперечная перегородка между дочерними клетками. Митоз окончен, наследственный материал поровну поделён между дочерними клетками. После некоторого периода роста они достигают размеров породившей их клетки, становясь внешне совершенно не отличимыми от неё. По окончании митоза клетка либо входит в новую фазу деления, либо в ней начинаются процессы дифференциации, и она может потерять способность к делению.

В природе существуют многочисленные отклонения от обычного хода митотического деления. Например, в некоторых клетках животных и растений вновь синтезированные хроматиновые нити не расходятся к полюсам, не спирализуются и остаются спаренными в единой структуре. В результате образуются огромные ядра с гигантскими вытянутыми хромосомами, причём количество гомологичных нитей в них до тысячи. Такие хромосомы называются лентовидными, они хорошо видны в световом микроскопе. В других случаях не образуются поперечные перегородки между дочерними ядрами и возникают многоядерные клетки - так называемые симпласты.

Все клетки тела организма, называемые соматическими, содержат в ядре пары почти одинаковых хроматиновых нитей. Когда в ходе митоза они превращаются в хромосомы, это сходство можно наблюдать в световом микроскопе. Таким образом этот набор хромосом называют диплоидным.

Удвоение набора хромосом обусловлено тем, что любой новый многоклеточный организм начинает развиваться из одной клетки, образовавшейся после объединения в процессе оплодотворения двух особых половых клеток, мужской и женской. Половые клетки образуются в специальных органах зрелых организмов из зародышевых стволовых клеток: сперматоцитов - в половых органах мужской особи и ооцитов - в половых органах женской особи. Мужская половая клетка называется сперматозоидом, женская - яйцеклеткой.

В отличии от соматических клеток, в половых клетках количество хромосом вдвое меньше, то есть они обладают гаплоидным набором хромосом. При их последующем слиянии в процессе оплодотворения восстанавливается диплоидный набор, то есть число хромосом увеличивается вдвое. При этом каждый вид хромосом представлен парой гомологичных хромосом: одна хромосома пары от мужской половой клетки, другая - от женской. Процесс образования половых клеток с гаплоидным набором хромосом из клеток с диплоидным набором называется редукционным делением клетки или мейозом.

Мейоз начинается с удвоения хроматиновых нитей. Они скручиваются, но в меньшей степени, чем в профазе митоза. Затем наступает стадия конъюгации(сцепления гомологичных хромосом с образованием бивалентов). При этом длинные тонкие хромосомы тесно сближаются боками и нередко перекручиваются относительно друг друга. В этот момент между гомологичными хромосомами бивалента может происходить обмен участками хроматиновых нитей. Это явление носит название перекрёста, или кроссинговера. Конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер - отличительные особенности мейоза.

Затем биваленты сильно скручиваются и укорачиваются, но между гомологичными хромосомами бивалента отчётливо виден промежуток - «щель». Далее следует стадия, аналогичная метафазе митоза: биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости веретена, располагаясь на больших расстояниях друг от друга. В анафазе к полюсам клетки расходится вдвое меньшее число хромосом, чем при митозе. В телофазе не происходит слишком сильной деспирализации хромосом. Заметно, что каждая из них состоит из двух хроматиновых нитей. Сразу после телофазы следует профаза второго деления. Хроматиновые нити несколько уплотняются, укорачиваются и приобретают форму и размеры митотических хромосом. В результате первого, редукционного, и второго деления, аналогично митотическому, образуется четыре клетки, в ядрах которых содержится гаплоидные наборы хромосом. После завершения дифференцировки этих клеток появляются половые клетки - сперматозоиды или яйцеклетка.

Особенностью мейоза является не только уменьшение числа хромосом, но и качественно неравное распределение наследственного материала, заключённого в гомологичных хромосомах: гомологичные хромосомные пары имеют качественные генетические различия.

Все вышеперечисленные процессы одинаковы как у животных, так и у растений. Только у растений они имеют свои особенности.

Заключение

Клетка - это самостоятельное живое существо. Она питается, двигается в поисках пищи, выбирает, куда идти и чем питаться, защищает и не пускает внутрь из окружающей среды неподходящие вещества и существа. Всеми этими способностями обладают одноклеточные организмы, например, амёбы. Клетки, входящие в состав организма, специализированы и не обладают некоторыми возможностями свободных клеток.

Клетка - самая маленькая единица живого, лежащая в основе строения и развития растительных и животных организмов нашей планеты. Она представляет собой элементарную живую систему, способную к самообновлению, саморегуляции, самовоспроизведению. Клетка является основным «кирпичиком жизни». Вне клетки жизни нет.

цитология клетка живой организм

Список используемой литературы

1. А.Б.Георгиевский, Е.Б.Попов, «Белые пятна эволюции», 2 изд., П. 1981г. изд.

2. Ю.П.Лаптев, «Занимательная генетика», 4 изд., К. 1982г. изд.

3. А.А.Богданов, Б.М.Медников, «Власть над геном», 2 изд., П. 1989г. изд.

4. Под редакцией М.С.Гилярова, «Большой энциклопедический словарь по биологии», 2 изд., М. 1998г. изд.

5. Под редакцией В.Володина, «Человек», 3 изд., А. 2001г. изд.

6. А.А. Каменский, Е.А.Криксунов, В.В.Пасечник, «Общая биология 10-11 класс», 2 изд., Д. 2005г. изд.

7. В.И.Покровский, «Популярная медицинская энциклопедия», 2 изд., С. 1992г. изд.

азмещено на Allbest.ru