Основы цитологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

ПО ПРЕДМЕТУ:

БИОЛОГИЯ

ТЕМА:

ОСНОВЫ ЦИТОЛОГИИ

СДАЛ:

УЧЕНИК 9 «Б» КЛАССА

ВОЛНА ВЛАДИМИР

Введение

Цитология (греч. «цитос» - клетка, «логос» -наука)-это наука о клетке. Предмет цитологии-клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточных организмов, к числу которых относятся бактерии, простейшие и одноклеточные водоросли. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды.

Цитология - одна из относительно молодых биологических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина «клетка» насчитывает свыше 300 лет. Впервые название «клетка» в середине 17 века применил английский физик и ботаник Роберт Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью сконструированного им микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек, похожих на пчелиные соты и назвал их клетками.

1. Клеточная теория

В середине 19 века на основе уже многочисленных знаниях о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838). Он обобщил 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 являлись важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единства всего животного мира. Шванн внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.

Клеточная теория- одно из выдающихся обобщений биологии, давшее основу для материалистического подхода к пониманию жизни, к раскрытию эволюционных связей между организмами. Клеточную теорию высоко оценил Ф. Энгельс, сравнив ее появление с открытием закона сохранения энергии и учением Чарльза Дарвина об эволюции органического мира.

Было открыто деление клеток и сформулировано положение о том, что каждая новая клетка происходит от такой же исходной клетки путем ее деления ( Рудольф Вихров, 1858). Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки и этой клеткой является зигота. Открытие Бэра показало, что клетка - не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Современная клеточная теория включает в себя следующие положения:

v Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

v Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ;

v Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

v 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.

Изучение клеток разнообразных одноклеточных и многоклеточных организмов с помощью микроскопов показало, что по своему строению они разделяются на две группы. Одну группу составляют бактерии и сине-зеленые водоросли. Эти организмы имеют наиболее простое строение клеток. Их называют доядерными (прокариотическими), так как у них нет оформленного ядра. Другую группу составляют все остальные организмы: от одноклеточных зеленых водорослей и простейших до высших цветковых растений, млекопитающих, в том числе и человека. Они имеют сложно устроенные клетки, которые называются ядерными (эукариотическими). Эти клетки имеют ядро и органоиды, выполняющие специфические функции.

2. Химический состав клетки

Одним из основных признаков живых организмов является единство их элементарного химического состава. Независимо от того, к какому царству, типу или классу принадлежит то или иное живое существо, в состав его тела входят одни и те же, так называемые универсальные химические элементы. Сходство в химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения.

В зависимости от содержания все химические элементы, входящие в состав живой природы, разделяют на несколько групп.

Макроэлементы. I группа. Главными компонентами всех органических соединений, выполняющих биологические функции, являются кислород, углерод, водород и азот. Все углеводы и липиды содержат водород, углерод и кислород, а в состав белков и нуклеиновых кислот, кроме этих компонентов, входит азот. На долю этих четырёх элементов приходится 98% от массы живых клеток.

II группа. К группе макроэлементов относятся также фосфор, сера, калий, магний, натрий, кальций, железо и хлор. Эти химические элементы являются обязательными компонентами всех живых организмов. Содержание каждого из них в клетке составляет от десятых до сотых долей процента от общей массы.

Натрий, калий и хлор обеспечивают возникновение и проведение электрических импульсов в нервной ткани. Поддержание нормального сердечного ритма зависит от концентрации в организме натрия, калия и кальция. Железо участвует в биосинтезе хлорофилла, входит в состав гемоглобина (белка-переносчика кислорода в крови) и миоглобина (белка, содержащего запас кислорода в мышцах). Магний в клетках растений входит в состав хлорофилла, а в животном организме участвует в формировании ферментов, необходимых для нормального функционирования мышечной, нервной и костной тканей. В состав белков часто входит сера, а все нуклеиновые кислоты содержат фосфор. Фосфор также является компонентом всех мембранных структур.

Среди обеих групп макроэлементов кислород, углерод, водород, азот, фосфор и сера объединяются в группу биоэлементов, или органогенов, на основании того, что они составляют основу большинства органических молекул.

Микроэлементы. Существует большая группа химических элементов, которые содержаться в организмах в очень низких концентрациях. Это алюминий, медь, марганец, цинк, молибден, кобальт, никель, йод, селен, бром, фтор, бор, и многие другие. На долю каждого из них приходится не более тысячных долей процента, а общий вклад этих элементов в массу клетки - около 0,02%.

Кобальт входит в состав витамина B₁₂ и принимает участие в синтезе гемоглобина, его недостаток приводит к анемии.

Молибден в составе ферментов участвует в фиксации азота у бактерий и обеспечивает работу устьичного аппарата у растений

Медь является компонентом фермента, участвующего в синтезе меланина (пигмента кожи), влияет на рост и размножение растений, на процессы кроветворения у животных организмов.

Йод у всех позвоночных животных входит в состав гормона щитовидной железы - тироксина.

Бор влияет на ростовые процессы у растений, его недостаток приводит к отмиранию верхушечных почек, цветков и завязей.

Цинк действует на рост животных и растений, а так же входит в состав гормона поджелудочной железы - инсулина.

Нехватка селена приводит к возникновению у человека и животных раковых заболеваний.

Микроэлементы широко используются в современном сельском хозяйстве в виде микроудобрений для повышения урожайности культур и в качестве добавок к кормам для увеличения продуктивности животных. Применяются микроэлементы и в медицине.

Ультрамикроэлементы. Существует группа химических элементов, которые содержатся в организмах следовых, т. е. ничтожно малых концентрациях. К ним относят золото, бериллий, серебро и другие элементы. Физиологическая роль этих компонентов в живых организмах пока окончательно не установлена.

3. Неорганические вещества клетки

Вода. Молекула воды - это диполь, т. е. на одной стороне молекулы сосредоточен положительный заряд, а на другом конце - отрицательный. Вода имеет свойство универсального растворителя. Любые вещества, имеющие заряженные группы, растворяются в воде, такие соединения называют гидрофильными. Однако есть соединения, которые в воде растворяются очень плохо или вовсе не растворяются. Такие вещества называют гидрофобными, к ним относятся жиры (липиды), жироподобные вещества (липоиды), полисахариды и некоторые белки.

Соли. Кости нашего скелета состоят из фосфатов калия с магния. Раковины моллюсков формируются из карбоната кальция.

4. Органические вещества. Липиды

Органические вещества - это сложные углеродсодержащие соединения. Среди низкомолекулярных органических соединений, входящих в состав живых организмов, важную роль играют липиды, к которым относятся жиры, воски, жироподобные вещества. Это гидрофобные соединения, не растворимые в воде. Общее содержание липидов в клетке колеблется в пределах 5 -15% от массы сухого вещества.

Жиры являются источником энергии, служат источником метаболической воды. В основном откладываются в клетках жировой ткани. Эта ткань служит для предотвращения потери тепла тела и выполняет защитную функцию.

5. Углеводы (сахара)

Это обширная группа природных органических соединений. В животных клетках углеводы составляют не более 5% сухой массы, а в некоторых растительных их содержание достигает 90%. Углеводы подразделяются на три основных класса: моносахариды, полисахариды и дисахариды.

Моносахариды рибоза и дизоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Глюкоза присутствует в клетках всех организмов и является одним из источников энергии для животных.

Дисахариды. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Самый распространенный в природе дисахарид - сахароза. Именно она и есть тот самый сахар, который мы покупаем в магазине.

Полисахариды - сложные углеводы, состоящие из простых сахаров, выполняют в организме несколько важных функций. Крахмал для растений и гликоген для животных и грибов являются резервом питательных веществ и энергии.

6. Белки

Одним из наиболее важных органических соединений в живой природе являются белки. В каждой живой клетке присутствует одновременно более тысячи видов белковых молекул. О первостепенной роли этих сложных веществ догадывались ещё в начале XX в., именно поэтому им дали название протеины ( от греч. Protos - первый). В различных клетках на долю белков приходиться от 50 до 80% сухой массы.

Структуры белка:

v Первичная структура белка. Последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

v Вторичная структура белка. Путём образования водородных связей между остатками карбоксильных и аминогрупп разных аминокислот белковая молекула принимает вид спирали или складчатого слоя - “гармошки”.

v Третичная структура. Образуется благодаря взаимодействию радикалов, в частности радикалов аминокислоты цистеина, которые содержат серу. Атомы серы двух аминокислот, находящихся на некотором расстоянии друг от друга в полипептидной цепи, соединяются, образуя так называемые дисульфидные, или S - S, связи.

v Четвертичная структура. Она представляет собой функциональное объединение нескольких молекул белка, обладающих третичной структурной организацией. Пример такого сложного белка - гемоглобин.

Строение белков. Длинные белковые цепи построены всего из 20 различных типов аминокислот, имеющих общий план строения, но отличающихся друг от друга по строению радикала (R). Соединяясь, молекулы аминокислот образуют так называемые пептидные связи.

Функции белков. Огромное разнообразие белковых молекул подразумевает столь же широкое разнообразие их функций.

v Белки - ферменты служат катализаторами химических реакций. Они обеспечивают слаженную работу биохимического ансамбля клеток живых организмов, ускоряя во много раз скорость химических реакций.

v Пластическая (строительная) функция. Белки участвуют в образовании всех мембран и органоидов клетки. Коллаген входит в состав межклеточного вещества соединительной и костной ткани. Основной компонент рогов, перьев, волос - кератин.

v Транспортные белки связывают и переносят различные вещества и внутри клетки, и по всему организму.

v Белки - гормоны обеспечивают регуляторную функцию.

v Защитная функция. При попадании в организм человека чужеродных белков, вирусов или бактерий на защиту встают иммуноглобулины - защитные белки.

v Энергетическая функция. При нехватке пищи в организме животных начинается активный распад белков до конечных продуктов.

Денатурация и ренатурация белков. Денатурация - это утрата белковой молекулой своей структурной организации: четвертичной, третичной, вторичной, а при более жестоких условиях - и первичной структуры. В результате денатурации белок теряет способность выполнять свою функцию. Причинами денатурации могут быть высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжёлых металлов и органических растворителей.

Денатурация может быть обратимой и необратимой, частичной и полной. Иногда, если воздействие денатурирующих факторов оказалось не слишком сильным и разрушение первичной структуры молекулы не произошло, при наступлении благоприятных условий денатурированный белок может вновь восстановить свою трёхмерную форму. Этот процесс называется ренатурацией, и он убедительно доказывает зависимость третичной структуры белка от последовательности аминокислотных остатков, то есть от его первичной структуры.

7. Органические вещества. Нуклеиновые кислоты

В 1868 г. Швейцарский врач и биохимик Иоганн Фридрих Мишер выделил из ядер погибших лейкоцитов вещество, обладающее кислыми свойствами. Учёный назвал это вещество нуклеином (от лат. Nucleus - ядро), считая, что оно содержится только в ядрах клеток. Позднее эти органические соединения были обнаружены также в цитоплазме, митохондриях, пластидах, но данное им название - нуклеиновые кислоты - сохранилось.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК - биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединённых друг с другом. ДНК - полимер с очень большой молекулярной массой. В одну молекулу могут входить 10⁸ и более нуклеотидов. Мономеры, которые входят в состав ДНК представляют собой сложные органические соединения, включающие азотистые основания: аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г), пятиатомный сахар - пентозу - дезоксирибозу, по имени которой получила название и сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов. ДНК выполняет важнейшие функции, необходимые как для поддержания, так и для воспроизведения жизни. Первая функция - это хранение наследственной информации, которая заключена в последовательности нуклеотидов одной из её цепей. Вторая функция ДНК - передача наследственной информации из поколения в поколение.

Рибонуклеиновая кислота - РНК. РНК - так же, как ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Азотистые основания трёх нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин, цитозин), четвёртое - урацил - присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК и по строению входящего в их состав углевода: они включают другую пентозу - рибозу. РНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках, то есть о структуре белков, от хромосом к месту их синтеза, и участвует в синтезе белков.

Существует несколько видов одноцепочечных РНК.

v Рибосомная РНК. Составляет большую часть цитоплазмы (от 80 до 90%). Молекулы р-РНК относительно невелики и состоят из 3 - 5 тыс. нуклеотидов. Содержится в рибосомах, участвует в поддержании структуры рибосомы.

v Транспортная РНК. т-РНК включает 76 - 85 нуклеотидов и выполняет функцию транспортировки аминокислот к месту синтеза белка.

v Информационная РНК. и-РНК передаёт информацию о структуре белка с молекулы ДНК.

8. Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Органоиды

В каждой клетке можно выделить три основные части: наружная клеточная мембрана, которая отделяет содержимое клетки от внешней среды; ядро - обязательный компонент эукариотических клеток; и цитоплазма - часть клетки, заключенная между наружной мембраной и ядром.

Наружная клеточная мембрана. Первая гипотеза строения мембраны была выдвинута еще в 1935 году, а в 1959 Вильям Робетсон сформулировал гипотезу элементарной мембраны. Наружная клеточная мембрана имеет универсальное строение, типичное для всех клеточных мембран. Положение этой мембраны на границе клетки и окружающей среды определяет ее основные функции. Клеточная мембрана обеспечивает взаимодействие клетки с окружающей средой и с другими клетками.

Цитоплазма. Основой цитоплазмы клетки является цитоплазматический сок.

Эндоплазматическая сеть. Совокупность вакуолей, каналов, трубочек образует внутри цитоплазмы мембранную сеть, объединенную в единое целое с наружной мембранной ядерной оболочкой.

Аппарат Гольджи. Формирует лизосомы и обеспечивает выведение необходимых белков за пределы клетки путем экзоцитоза.

Лизосомы. Участвуют во внутриклеточном пищеварении, образуя пищеварительные вакуоли, а также уничтожают отслужившие органоиды и даже целые клетки.

Митохондрии. Имеют собственные рибосомы и ДНК, поэтому способны самостоятельно синтезировать белки.

Пластиды. Двухмембранные органоиды растительных клеток, которые размножаются путем деления. Также имеют собственный генетический аппарат, рибосомы и синтезируют белки.

Рибосомы. Субмикроскопические немембранные органоиды, функция которых - синтез белков, благодаря чему они являются обязательными органоидами в клетках всех живых организмов.

Клеточный центр. Органоид немембранного строения, присутствующий в клетках животных, грибов и низших растений.

Вакуоль. Это крупный мембранный пузырек, заполненный клеточным соком. Накапливает запасные питательные вещества и регулирует водно - солевой обмен, контролируя поступление воды в клетку из клетки.

9. Клеточное ядро

Клеточное ядро хранит наследственную информацию и управляет процессами внутриклеточного метаболизма, обеспечивая нормальную жизнедеятельность клетки и выполнение ею своих функций. Как правило, ядро имеет свою сферическую форму. Ядро и цитоплазма - это взаимосвязанные компоненты клетки, которые не могут существовать друг без друга. В эукариотических организмах существуют клетки, не имеющие ядер, но срок их жизни недолог.

Ядерная оболочка. Отделяет содержимое ядра от цитоплазмы клетки и состоит из двух мембран, имеющих типичное для всех мембран строение.

Ядерный сок. Раствор белков, нуклеиновых кислот, углеводов, в котором происходят все внутриядерные процессы.

Ядрышко. Это место синтеза рибосомальной РНК и сборки отдельных субъединиц рибосом.

Хроматином называют глыбки, гранулы и естественные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка.

10. Прокариотические клетки

Особенности строения прокариотических клеток (бактерии и сине - зелёные водоросли). В клетках прокариот, в отличие от эукариот, нет ряда органоидов: митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи. У бактерий и сине - зелёных водорослей отсутствует ядро, хромосомы не отделены от цитоплазмы ядерной оболочкой, а свободно располагаются в цитоплазме.

11. Неклеточные формы жизни. Вирусы

В отличие от клеточных организмов у вирусов отсутствует собственная система, синтезирующая белки. Вирусы вносят в клетку только свою генетическую информацию.

Химический состав вирусов. Просто организованные вирусы представляют собой нуклеотиды, то есть состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК) и несколько белков, образующих оболочку вокруг нуклеиновой кислоты. Белковая оболочка носит название капсид.

Происхождение вирусов. Вирусы представляют собой автономные генетические структуры, неспособные, однако, развиваться вне клетки. Полагают, что вирусы и бактериофаги - обособившиеся вместе с клеточными формами жизни. цитология шванн клеточная теория клетка белок

Список литературы

1. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, В.И. Сивоглазов «Биология. Общие закономерности»

2. Д.И. Трайтак «Биология. Справочные материалы.»

3. В.Л. Мамонтов « Биология 11 класс»

4. К.А. Кузьмина, Л. Е Сигарева, Л. А Боброва «Биология клетки»

5. Н.С. Курбатова, Е. А Козлова «Общая биология. Шпаргалки»

6. Ю.С. Ченцов «Введение в клеточную биологию. Общая цитология»

Размещено на Allbest.ru