Учебное пособие для студентов и преподавателей по дисциплине «Биология» Специальность 060301 «Фармация» Специальность 060501 «Сестринское дело»


По итогам изучения темы обучающийся должен уметь



страница3/5
Дата17.01.2020
Размер4.48 Mb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5
По итогам изучения темы обучающийся должен уметь:

- давать характеристику и устанавливать связи между основными положениями клеточной теории;

- объяснять особенности строения мембранных структур клетки;

- охарактеризовать строение и функции органоидов клетки;

- указать по таблице все органоиды эукариотической и прокариотической клетки;

- охарактеризовать ядро как центральный органоид эукариотической клетки;

- давать сравнительную характеристику особенностей строения и функционированияэукариотических(растительной и животной) и прокариотических клеток;

- давать определение клеточного строения всех живых организмов за исключением вирусов, являющихся паразитами на генетическом уровне.


КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ

Все живые организмы построены из клеток. Одноклеточные организмы (бактерии, простейшие, многие водоросли и грибы) состоят из одной клетки, многоклеточные (большинство растений и животных) – обычно из многих тысяч клеток.

Клетка – элементарная биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Клеточные структуры лежат в основе строения растений и животных. Каким бы многообразным ни представлялось строение организмов, в основе его лежат сходные структуры – клетки.

Клетка обладает всеми свойствами живой системы:



  • осуществляет обмен веществом и энергией;

  • растет;

  • размножается и передает по наследству свои признаки;

  • реагирует на внешний сигналы (раздражители);

  • способна передвигаться.

Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми свойствами живого, наименьшей структурной и функциональной единицей живого. Она может жить и отдельно: изолированные клетки многоклеточных организмов продолжают жить и размножаться в питательной среде.

У одноклеточных растений клетка функционирует как целый организм, у многоклеточных организмов наблюдается дифференциация клеток. Поэтому размеры, форма и строение клеток у таких организмов весьма разнообразны.

У многоклеточных организмов разные клетки (например, нервные, мышечные, клетки крови) выполняют разные функции и поэтому различаются по своей структуре. Несмотря на это, многообразие форм и организация клеток подчинены единым структурным принципам.

Форма клеток необычайно разнообразна – от простейшей шаровидной (одноклеточные организмы; среди бактерий – кокки) до самой причудливой. Микрококки имеют диаметр 0,2 мкм, нервные клетки достигают в длину 1 м, а млечные сосуды растений – даже нескольких метров.

Взрослая живая клетка состоит из протопласта, окруженного клеточной оболочкой и содержащего неживые включения (запасные вещества и конечные продукты метаболизма). Нередко клетки функционируют после отмирания протопласта, тогда они представлены только оболочкой.

Открытие клетки и возможность изучения ее связаны с изобретением микроскопа.

Первым наблюдал клетку английский физик Р. Гук (1665). Он исследовал с помощью созданного им микроскопа срезы пробки, сердцевины бузины, камыша и обнаружил в них наличие «ячеек», или клеток. Вскоре открытие Р. Гука подтвердили ботаники М. Мальпиги (1671) и И. Грю (1671), также наблюдавшие клеточное строение растительных тканей. В 1680 г. голландский оптик А. Левенгук впервые увидел животную клетку (эритроцит) и обнаружил существование одноклеточных организмов.

Совершенствование микроскопов и техники микроскопирования позволило расширить знания о клетке. В 1838-1839 гг. немецкие ученые ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн обобщили накопившиеся к этому времени сведения о клетке. Они показали, что клетки растительных и животных организмов принципиально сходны, и сформулировали клеточную теорию.

Согласно этой теории, клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов.

Клеточная теория – одно из выдающихся обобщений биологии прошлого столетия, давшее основу для материалистического подхода к пониманию жизни, к раскрытию эволюционных связей между организмами.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в трудах ученых второй половины прошлого столетия. 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 К. Бэра показало, что клетка – не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

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

Клеточная теория сохранила свое значение и в настоящее время. Она была неоднократно проверена и дополнена многочисленными материалами 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. Клетка обладает всеми свойствами живых систем: осуществляет обмен веществ и энергии, размножается, растет, для нее характерны раздражимость, подвижность. Если выделить из клетки отдельные компоненты, многие из них смогут выполнять свои специфические функции и вне клетки. Например, при определенных условиях можно наблюдать сокращение миофибрилл (особые сократительные нити), выделенных из мышечного волокна, а в рибосомах – синтез белка. Однако эти выделенные из клетки компоненты обладают не всеми свойствами живого, а лишь частью их. Клетка же есть наименьшая единица, в которой можно обнаружить в совокупности все признаки живых организмов.

2. В настоящих условиях на Земле размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

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

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.

Среди клеточных организмов выделяют две группы, характеризующиеся различной степенью сложности организации. Первую группу составляют прокариоты – примитивные формы со сравнительно просто устроенной клеткой, в которой нет оформленного ядра и ряда других составных частей. К этой группе относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

Вторая группа – эукариоты – представлена организмами с более сложно устроенной клеткой. Эту группу образуют животные и растения. В клетке эукариот, обладающей единым планом строения, можно выделить три основных структурных компонента:

1. Поверхностный аппарат (клеточная оболочка), состоящий из наружной (плазматической) мембраны, дополнительно выделяемых клеткой надмембранных комплексов и связанных с мембраной подлежащих структур.

2. Цитоплазма, занимающая большую часть внутреннего содержимого клетки. В цитоплазме располагаются различные органоиды – внутриклеточные образования, приспособленные к выполнению определенных жизненных функций. Цитоплазма имеет неоднородную структуру за счет многочисленных включений – взвешенных в ней твердых и жидких частиц (кристаллы солей, капельки жира, крахмальные зерна и др.). Помимо органоидов и включений в цитоплазме, как правило, содержатся разнообразные вакуоли – пузырьки, окруженные снаружи мембраной.



3. Ядро, которое представляет собой обособленную часть клетки, ограниченную ядерной оболочкой. Большую часть содержимого ядра в промежутках между делениями клетки составляет хроматин – плотное скопление нитей ДНК, которые при делении клетки спирализуются и становятся различимыми под микроскопом в виде хромосом (рис. 1).


Рис. 1. Строение эукариотической клетки.

1 — аппарат Гольджи; 2 — рибосомы; 3 — хлоропласты; 4 — межклеточные пространства; 5 — полирибосомы (несколько связанных между собой рибосом); 6 — митохондрии;

7 — лизосомы; 8 — гранулированная эндоплазматическая сеть; 9 — гладкая эндоплазматическая сеть; 10 — микротрубочки; 11 — пластиды; 12 — плазмодесмы, проходящие сквозь оболочку; 13 — клеточная оболочка; 14 — ядрышко; 15, 18 — ядерная оболочка;

16 — поры в ядерной оболочке; 17 — плазмалемма; 19 — цитоплазма; 20 — тонопласт; 21 — вакуоли; 22 — ядро.


СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

Несмотря на то, что все клетки устроены по единому плану, форма их весьма разнообразна. Имеются клетки цилиндрические, шаровидные, веретеновидные, отростчатые и др. Форма клеток определяется их функциями. Например, мышечные клетки и волокна, главная функция которых сократительная, имеют вытянутую форму, а нервные клетки характеризуются наличием длинных отростков, по которым распространяются нервные импульсы.

Размеры клеток также различны и варьируют от нескольких микрометров до 100 мкм и более. Очень небольшие размеры имеют лимфоциты и эритроциты человека. Наиболее крупными являются яйцеклетки. Например, яйцеклетки многих птиц (желток яйца) достигают в диаметре 1 см и более.

ПОВЕРХНОСТНЫЙ АППАРАТ КЛЕТКИ

Основу поверхностных структур клетки составляет наружная (плазматическая) мембрана. При наблюдении под электронным микроскопом она воспринимается как пленка толщиной 7,5-10 нм.



В состав плазматической мембраны входят белки и липиды (рис. 2).

Рис. 2. Жидкостно-мозаичная модель строения цитоплазматической мембраны.


Основная структура всех мембран представляет собой два параллельных слоя липидов (бимолекулярный слой). Мембранные липиды –амфипатические молекулы, имеющие гидрофобную часть (углеводородные остатки жирных кислот и сфингозина) и гидрофильную часть (фосфат, холин, комамин, сахар и т. п.). Такие молекулы образуют на водной поверхности мономолекулярный слой. В водном окружении и в клетке образуются бимолекулярные слои: гидрофобные части различных молекул повернуты дальше от водного окружения, т. е. друг к другу.

Таким образом, мембраны на обеих наружных поверхностях гидрофильны, а внутри –гидрофобны.

Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны. Такое относительно нестабильное состояние компонентов обеспечивается энергетическими затратами клетки.

Мембранные «поры» представляют собой не отверстия в буквальном смысле этого слова, а сложно организованные участки, обладающие повышенной проницаемостью для определенных химических веществ.

Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых зависит жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ – одна из главных функций плазматической мембраны.

Молекулы и ионы могут проникать через мембраны путем пассивного и активного транспорта. Пассивный перенос происходит без затрат энергии. Примером пассивного транспорта является диффузия. Через плазматическую мембрану в результате диффузии проникают вода и различные ионы, мелкие органические молекулы.

Диффузия воды через избирательно проницаемую мембрану называется осмосом, при этом вода переходит из области с меньшей концентрацией солей в область с их большей концентрацией. Различие концентрации солей создает осмотическое давление. Если клетка находится в растворе с низкой концентрацией солей (гипотонический раствор), вода будет проходить в клетку. При этом клетка будет набухать, внутреннее давление на стенки ее (тургор клетки) увеличится. Если клетку поместить в водный раствор с высокой концентрацией солей (гипертонический раствор), клетка будет терять воду, тургор клетки уменьшится, цитоплазма будет отслаиваться от стенок клетки или клетка сморщится (плазмолиз). Объем клетки не изменится, если ее поместить в раствор, концентрация которого равна концентрации внутренней среды клетки (изотонический раствор). Изотонические солевые растворы, приближающиеся по составу и свойствам к сыворотке крови, называются физиологическими. Изотоничны все жидкости организма (плазма крови, тканевая жидкость). Для человека изотоничен 0,9% раствор хлорида натрия (физиологический раствор). При помещении эритроцитов в такой раствор объем их не изменяется. В 0,6% растворе поваренной соли эритроциты набухают и разрушаются (гемолиз), а в 1,3% растворе теряют воду и сморщиваются. Изотонические растворы используются в медицине. Их вводят больному при сильном обезвоживании организма или при значительной потере крови. Гипертонические растворы используют для наложения повязок на раны. Как гипертонические растворы действуют солевые слабительные.

Некоторые вещества проходят через плазматическую мембрану посредством активного переноса с участием ферментов и с затратами энергии. В клетку могут поступать не только мелкие молекулы, но и макромолекулы белков, полисахаридов и даже крупные частицы. В этом случае вещества проникают в клетку путем фагоцитоза (от греч. fagos – пожирающий) (рис. 3). Капли жидкости могут проникать путем пиноцитоза (от греч. pino – пью). Оба процесса очень сходны и характеризуются тем, что плазматическая мембрана впячивается внутрь клетки, постепенно окружая жидкие или твердые частички веществ. Затем эти впячиванияотделяются от поверхностной мембраны и оказываются в цитоплазме в виде пузырьков (вакуолей), внутри которых находятся поглощенные клеткой вещества.


Рис. 3. Схема фагоцитоза.

Подобным образом питаются многие одноклеточные животные. У человека и млекопитающих к фагоцитозу способны лишь некоторые специальные клетки, например, лейкоциты. Эти клетки фагоцитируют попавшие в организм бактерии, различные твердые частицы.

Клетки многоклеточных организмов объединены в различные ткани. В составе ткани клетки связаны друг с другом. Эти связи обеспечиваются плазматической мембраной, образующей разнообразные сложные структуры, называемые межклеточными контактами.

Плазматическая мембрана может образовывать различные выросты на поверхности клетки: микроворсинки, реснички, жгутики. Например, на поверхности эпителиальных клеток тонкой кишки человека и других млекопитающих имеются многочисленные микроворсинки, увеличивающие всасывающую поверхность кишечного эпителия. Дыхательные пути человека выстланы реснитчатым эпителием, колебания ресничек в определенном направлении обеспечивают выведение из органов дыхания слизи и пылевых частичек.

Мембраны в клетке обнаружены не только на ее поверхности, но и в цитоплазме. Многие органеллы клетки образованы мембранами, также имеющими трехслойное строение и состоящими из комплекса белковых и липидных молекул. К таким органеллам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды. Мембраны, образующие клеточные органоиды, разделяют клетку на отсеки. Благодаря мембранам различные химические вещества в цитоплазме не могут свободно смешиваться и распределены упорядоченно, что является необходимым условием жизни.

Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности цитоплазматической мембраны расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она состоит из клетчатки.

Клеточная стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ.

Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс.

Гликокаликсвыполняетпрежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой и со всеми окружающими ее веществами. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных не выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.

Плазматическая мембрана прокариотических клеток отличается тем, что содержит в качестве интегральных белков переносчики электронов и ферменты дыхательной цепи и образует разного рода выпячивания. Некоторые выпячивания осуществляют дыхание, другие – фотосинтез и дыхание.

Мезосомы бактерий представляют собой пластинчатые, трубчатые или везикулярные тельца, лежащие в карманах мембраны. Внутреннее пространство мезосом частично сообщается с внеклеточной средой.

Мезосомы образуются в результате сложного складывания и слияния впяченных участков мембраны. Их функция неизвестна. Сходные структуры описаны у сине-зеленых водорослей и в клетках грибов (хотя последние относятся к эукариотам).

ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ И ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ

Протопласт – живое содержимое клетки – состоит из органоидов, окруженных гиалоплазмой. Органоиды можно разделить на три группы: двумембранные (ядро, пластиды, митохондрии), одномембранные (эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть), диктиосомы(аппарат Гольджи), вакуоль, лизосомы, сферосомы (микросомы), плазмалемма),немембранные (рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты).

Гиалоплазма представляет собой непрерывную коллоидную фазу клетки, обладающую определенной вязкостью. Она окружает все органеллы и обеспечивает их взаимодействие. Пластиды – органоиды, встречающиеся только в растительной клетке. Они представлены хлоропластами (зеленые), хромопластами (желтые, оранжевые, красно-оранжевые) и лейкопластами (бесцветные).

Гиалоплазму с органоидами, за вычетом ядра и пластид, называют цитоплазмой. Тонкая структура цитоплазмы и отдельных органелл видна только при использовании электронного микроскопа. Разрешающая способность светового микроскопа позволяет увидеть зернистую цитоплазму и пластиды, особенно хлоропласты и хромопласты. Обычно бываетзаметна и вакуоль. Иногда в цитоплазме можно обнаружить ядро, занимающее постенное или режецентральное положение.

В ряде клеток хорошо видны различные включения. Эти особенности присущи только растительным клеткам, обусловлены прикрепленным образом жизни, отсутствием скелета, автотрофностьюи отсутсвием или слабым развитием у растений системы выделения продуктов обмена.

Существуют две ступени организации клетки: прокариотическая клетка и эукариотическая клетка (табл. 1).

Табл. 1. Структурные элементы клетки.




Каталог: upload -> 2014
2014 -> Учебное пособие для студентов высших учебных заведений
2014 -> Теоретические и практические методики изучения темы «использование здоровьесберегающих технологий для профилактики профессиональных заболеваний будущих парикмахеров»
2014 -> Методические рекомендации по выполнению 11 работ на практических занятиях
2014 -> Экзаменационные вопросы для итоговой аттестации; варианты контрольных письменных заданий с пояснительной запиской к ним
2014 -> Методическое пособие для студентов пм. 01 Диагностическая деятельность
2014 -> Беседа об антиалкогольном воспитании
2014 -> Практикум по дисциплине «электротехника»
2014 -> Учебное пособие по дисциплине Микробиология, санитария и гигиена в пищевом производстве для самостоятельной работы студентов второго курса
2014 -> Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов медицинских училищ и колледжей п. 00 Профессиональный цикл


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница