Клетка - основная структурная единица жизни

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

КЛЕТКА - ОСНОВНАЯ СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ЖИЗНИ

(СТРОЕНИЕ, ЭВОЛЮЦИЯ)

 

По дисциплине «Основы  современного естествознания»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Клетка представляет собой структурную и функциональную единицу, лежащую в основе строения и развития организмов. В многоклеточном организме форма строения клеток в соответствии с выполняемыми ими  функциями очень различна. Однако основные черты их организации свойственны как простейшим, так и многоклеточным животным и растениям. Каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра. Оба эти компонента представляют собой единую и неделимую структурную и функциональную систему, части которой не могут существовать раздельно.

 Клетка отграничена  от других клеток или от  внешней среды специальной мембраной  и имеет ядро или его эквивалент, в котором сосредоточена основная  часть химической информации, контролирующей  наследственность. Изучением строения клетки занимается цитология, функционированием – физиология. Наука, изучающая состоящие из клеток ткани, называется гистологией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ОТКРЫТИЕ КЛЕТКИ.

 

Открытие клетки принадлежит  английскому естествоиспытателю Р. Гуку, который в 1665 г. впервые рассмотрел тонкий срез пробки в усовершенствованном им микроскопе. На срезе было видно, что пробка имеет ячеистое строение, подобно пчелиным сотам. Эти ячейки Р. Гук назвал клетками. Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили итальянский врач и  микроскопист М. Мальпиги (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682). Их внимание привлекли форма клеток и строение их оболочек. В результате было дано представление о клетках как о «мешочках» или «пузырьках», наполненных «питательным соком».

Значительный вклад  в изучение клетки внес голландский  микроскопист А. ван Левенгук, открывший  в 1674 г. одноклеточные организмы - инфузории, амебы, бактерии. Он также впервые  наблюдал животные клетки - эритроциты крови и сперматозоиды.

Дальнейшее усовершенствование микроскопа и интенсивные микроскопические исследования привели к установлению французским ученым Ш. Бриссо-Мирбе (1802,1808) того факта, что все растительные организмы образованы тканями, которые состоят из клеток. Еще дальше в обобщениях пошел французский ученый Ж. Б. Ламарк (1809), который распространил идею Бриссо-Мирбе о клеточном строении и на животные организмы.

В начале XIX в. предпринимаются  попытки изучения внутреннего содержимого  клетки. В 1825 г. чешский ученый Я. Пуркине  открыл ядро в яйцеклетке птиц. В 1831 г. английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833 г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки. Таким образом, в это время меняется представление о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а ее содержимое.

Многочисленные наблюдения по строению клетки, обобщение накопленных  данных позволили немецкому зоологу  Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд обобщений, которые впоследствии назвали клеточной теорией. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой.

Дальнейшее развитие клеточной теории получило в работах  Р. Вирхова (1858), который предположил, что клетки образуются из предшествующих материнских клеток. В 1874 г. Русским ботаником И. Д. Чистяковым, а в 1875 г. польским ботаником Э. Страсбургером было открыто деление клетки - митоз и, таким образом, подтвердилось предположение Р. Вирхова.

Создание клеточной  теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основы для понимания жизни, индивидуального развития, для объяснения эволюционной связи между организмами.

Клеточная теория включает следующие основные положения:

 

•  Клетка - элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению, является единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.

 

•  Клетки всех живых  организмов гомологичны по строению, сходны по химическому составу и  основным проявлениям жизнедеятельности.

 

•  Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.

 

•  В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых  построены органы и системы органов, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами  регуляции.

СТРОЕНИЕ КЛЕТОК.

 

Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток — прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариотические клетки — более простые по строению, по-видимому, они возникли в процессе эволюции раньше. Эукариотические клетки — более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими.

Несмотря на многообразие форм организация клеток всех живых  организмов подчинена единым структурным  принципам.

Живое содержимое клетки — протопласт — отделено от окружающей среды плазматической мембраной, или плазмалеммой. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органоиды и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК. Каждый из органоидов клетки выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом.

 

Прокариотическая клетка:

 

Прокариоты — это  доядерные организмы, организмы, не имеющие оформленного ядра. К прокариотам  относятся бактерии и цианобактерии (цианеи, сине-зеленые водоросли). Характерные признаки прокариот:

1. Имеется гонофор  — структура из ДНК и РНК,  закрепленная на клеточной мембране.

2. ДНК в виде кольца. Место расположения ДНК в цитоплазме  называется нуклеоид.

3. Митоза нет, после удвоения гонофора его копии расходятся, увлекаемые растущей клеточной мембраной.

4. Нет митохондрий,  лизосом, центриолей, хлоропластов, комплекса Гольджи. 

5. Рибосомы есть, но  они мельче, чем у эукариот.

6. Основной компонент  клеточной стенки — пептидо-гликан муреин.

Эукариотическая клетка:

 

Эукариотические организмы  — это организмы, имеющие оформленное  ядро. К эукариотам относятся грибы, растения, животные. Различия между  прокариотами и эукариотами столь  кардинальны, что их относят к  разным надцарствам живой природы.

Для эукариот характерны такие признаки:

1. ДНК линейная.

2. ДНК всегда в комплексе  с белками гистонами (ДНП).

3. ДНК входит в состав  хромосом.

4. Имеются органоиды. 

5. Рибосомы крупнее  прокариотических.

6. Есть митоз. 

7. Есть мейоз. 

8. Есть гаметы.

Одно время клетка рассматривалась как более или  менее гомогенная капелька органического  вещества, которую называли протоплазмой или живой субстанцией. Этот термин устарел после того, как выяснилось, что клетка состоит из множества  четко обособленных структур, получивших название клеточных органелл («маленьких органов»). Обычно 70–80 % массы клетки составляет вода, в которой растворены разнообразные соли и низкомолекулярные органические соединения. Наиболее характерные компоненты клетки – белки и нуклеиновые кислоты. Некоторые белки являются структурными компонентами клетки, другие – ферментами, т.е. катализаторами, определяющими скорость и направление протекающих в клетках химических реакций. Нуклеиновые кислоты служат носителями наследственной информации, которая реализуется в процессе внутриклеточного синтеза белков.

Часто клетки содержат некоторое  количество запасных веществ, служащих пищевым резервом. Растительные клетки в основном запасают крахмал –  полимерную форму углеводов. В клетках  печени и мышц запасается другой углеводный полимер – гликоген. К часто запасаемым продуктам относится также жир, хотя некоторые жиры выполняют иную функцию, а именно служат важнейшими структурными компонентами. Белки в клетках (за исключением клеток семян) обычно не запасаются.

Описать типичный состав клетки не представляется возможным  прежде всего потому, что существуют большие различия в количестве запасаемых продуктов и воды. В клетках  печени содержится, например, 70% воды, 17% белков, 5% жиров, 2% углеводов и 0,1% нуклеиновых кислот; оставшиеся 6% приходятся на соли и низкомолекулярные органические соединения, в частности аминокислоты. Растительные клетки обычно содержат меньше белков, значительно больше углеводов и несколько больше воды; исключение составляют клетки, находящиеся в состоянии покоя. Покоящаяся клетка пшеничного зерна, являющегося источником питательных веществ для зародыша, содержит ок. 12% белков (в основном это запасаемый белок), 2% жиров и 72% углеводов. Количество воды достигает нормального уровня (70–80%) только в начале прорастания зерна.

ГЛАВНЫЕ ЧАСТИ КЛЕТКИ.

 

Некоторые клетки, в основном растительные и бактериальные, имеют  наружную клеточную стенку. У высших растений она состоит из целлюлозы. Стенка окружает собственно клетку, защищая ее от механических воздействий. Клетки, в особенности бактериальные, могут также секретировать слизистые вещества, образуя тем самым вокруг себя капсулу, которая, как и клеточная стенка, выполняет защитную функцию.

Именно с разрушением  клеточных стенок связана гибель многих бактерий под действием пенициллина. Дело в том, что внутри бактериальной клетки концентрация солей и низкомолекулярных соединений очень высока, а потому в отсутствие укрепляющей стенки вызванный осмотическим давлением приток воды в клетку может привести к ее разрыву. Пенициллин, препятствующий во время роста клетки формированию ее стенки, как раз и приводит к разрыву (лизису) клетки.

Клеточные стенки и капсулы  не участвуют в метаболизме, и  часто их удается отделить, не убивая клетку. Таким образом, их можно считать наружными вспомогательными частями клетки. У клеток животных клеточные стенки и капсулы, как правило, отсутствуют.

Собственно клетка состоит  из трех основных частей. Под клеточной  стенкой, если она имеется, находится  клеточная мембрана. Мембрана окружает гетерогенный материал, называемый цитоплазмой. В цитоплазму погружено круглое или овальное ядро.

КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА.

Клеточная мембрана –  очень важная часть клетки. Она  удерживает вместе все клеточные  компоненты и разграничивает внутреннюю и наружную среду. Кроме того, модифицированные складки клеточной мембраны образуют многие органеллы клетки. Клеточная мембрана представляет собой двойной слой молекул (бимолекулярный слой, или бислой). В основном это молекулы фосфолипидов и других близких к ним веществ. Липидные молекулы имеют двойственную природу, проявляющуюся в том, как они ведут себя по отношению к воде. Головы молекул гидрофильные, т.е. обладают сродством к воде, а их углеводородные хвосты гидрофобны. Поэтому при смешивании с водой липиды образуют на ее поверхности пленку, аналогичную пленке масла; при этом все их молекулы ориентированы одинаково: головы молекул – в воде, а углеводородные хвосты – над ее поверхностью.

В клеточной мембране два таких слоя, и в каждом из них головы молекул обращены наружу, а хвосты – внутрь мембраны, один к другому, не соприкасаясь таким образом с водой. Толщина такой мембраны ок. 7 нм. Кроме основных липидных компонентов, она содержит крупные белковые молекулы, которые способны «плавать» в липидном бислое и расположены так, что одна их сторона обращена внутрь клетки, а другая соприкасается с внешней средой. Некоторые белки находятся только на наружной или только на внутренней поверхности мембраны или лишь частично погружены в липидный бислой.

Основная функция клеточной мембраны заключается в регуляции переноса веществ в клетку и из клетки. Поскольку мембрана физически в какой-то мере похожа на масло, вещества, растворимые в масле или в органических растворителях, например эфир, легко проходят сквозь нее. То же относится и к таким газам, как кислород и диоксид углерода. В то же время мембрана практически непроницаема для большинства водорастворимых веществ, в частности для сахаров и солей. Благодаря этим свойствам она способна поддерживать внутри клетки химическую среду, отличающуюся от наружной. Например, в крови концентрация ионов натрия высокая, а ионов калия – низкая, тогда как во внутриклеточной жидкости эти ионы присутствуют в обратном соотношении. Аналогичная ситуация характерна и для многих других химических соединений.

Очевидно, что клетка тем не менее не может быть полностью  изолирована от окружающей среды, так  как должна получать вещества, необходимые  для метаболизма, и избавляться  от его конечных продуктов. К тому же липидный бислой не является полностью непроницаемым даже для водорастворимых веществ, а пронизывающие его т.н. «каналообразующие» белки создают поры, или каналы, которые могут открываться и закрываться (в зависимости от изменения конформации белка) и в открытом состоянии проводят определенные иона (Na+, K+, Ca2+) по градиенту концентрации. Следовательно, разница концентраций внутри клетки и снаружи не может поддерживаться исключительно за счет малой проницаемости мембраны. На самом деле в ней имеются белки, выполняющие функцию молекулярного «насоса»: они транспортируют некоторые вещества как внутрь клетки, так и из нее, работая против градиента концентрации. В результате, когда концентрация, например, аминокислот внутри клетки высокая, а снаружи низкая, аминокислоты могут тем не менее поступать из внешней среды во внутреннюю. Такой перенос называется активным транспортом, и на него затрачивается энергия, поставляемая метаболизмом. Мембранные насосы высокоспецифичны: каждый из них способен транспортировать либо только ионы определенного металла, либо аминокислоту, либо сахар. Специфичны также и мембранные ионные каналы.