Клетка. Строение клетки

Содержание:

Введение…………………………...………………………………………………..3

1. Клетка. Строение клетки………..………………………………………………4

2. Генетический механизм  наследственности и изменчивости………………....8

Заключение……………………….………………………………………………..14

Список используемых источников………………………………………………15

Введение.

Клетка – структурная, функциональная единица живого, основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица  живого.

Клетки всех одноклеточных  и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани.

Клеточное строение организмов – свидетельство того, что все живые организмы имеют единое происхождение. Значение клеточной теории в развитии науки, состоит в том, что благодаря ей стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Клетка – основа физиологических и биохимических процессов в организме, так как на клеточном уровне происходят, в конечном счете все физиологические и биохимические процессы. Клетка – это элементарная живая система.

1. Клетка. Строение клетки.

Все живые существа состоят  из клеток, образующих ткани различных органов и их систем. Клетка представляет собой элементарную живую систему, основу строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Она может существовать как самостоятельный организм (простейшие, бактерии), так и в составе многоклеточных организмов. Размеры клеток варьируются в пределах от 0,1 – 0,25мкм (некоторые бактерии) до 155мм (яйцо страуса в скорлупе). Число клеток в организмах зависит от их вида и возраста. Например, организм взрослого человека состоит из 1015 клеток, а число различных видов клеток в нем более 200. Клетка представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию, т.е. наделена всеми признаками живого организма. Несмотря на большое разнообразие и существенные различия во внешнем виде и функциях, все клетки имеют общее строение: они состоят из трех основных частей. Плазматическая мембрана, контролирующая переход вещества из окружающей среды в клетку и обратно. Цитоплазма с разнообразной структуры. Клеточное ядро с носителем генетической информации.

Все животные и некоторые  растительные клетки содержат центриоли - цилиндрические структуры, образующие клеточные центры. Обычно растительные клетки окружены оболочкой – клеточной  стенкой. Кроме того, они включают пластиды – цитоплазматические органоиды, нередко содержащие пигменты, обуславливающие их окраску. Окружающая клетку плазматическая мембрана состоит из двух слоев молекул жироподобных веществ, между которыми находятся молекулы белков. Она обладает избирательной проницаемостью и поддерживает нормальную концентрацию солей, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ. Мембрана играет важную роль: при ее повреждении клетка сразу гибнет, в то же время без некоторых других структурных элементов жизнь клетки может продолжаться. Изменение проницаемости наружной мембраны – первый признак гибели клетки. Внутри клеточной плазматической мембраны находится цитоплазма, содержащая водный раствор солей с растворимыми ферментами и другими веществами. В цитоплазме располагаются разнообразные органеллы – маленькие органы, окруженные своими мембранами. К органеллам относятся митохондрии – мешковидные образования с дыхательными ферментами. В них превращается сахар и высвобождается энергия. Еще в цитоплазме есть небольшие тельца – рибосомы. Они состоят из белка и нуклеиновой кислоты (РНК) и принимают участие в биосинтезе белка.

Внутриклеточная среда  достаточно вязкая, несмотря на то, что 75 – 80% массы клетки составляет вода. Во всех жизнеспособных клетках, за исключением бактерий, содержится ядро. Ядро – важнейшая часть клетки: без него она не может существовать. В ядре находятся хромосомы – длинные нитевидные тельца, состоящие из дезоксирибонуклеиновой кислоты и присоединенного к ней белка. Например, соматическая клетка человека имеет 23 пары хромосом, а шимпанзе на одну пару больше.

Клетки растут и размножаются путем деления на две дочерние. При делении дочерней клетки передается полный набор хромосом, несущих генетическую информацию материнской клетки. Сначала число хромосом удваивается и затем каждая дочерняя клетка получает по одному набору. Такой процесс с равным распределением генетического материала между дочерними клетками называется митозом. Не все клетки организма многоклеточного животного или растения одинаковы.

Видоизменение клеток происходит постепенно в процессе развития организма. Каждый организм животного развивается  из одной клетки – яйца, которое  начинает делиться на множество отличающихся друг от друга клеток – мышечные, нервные, кровяные и другие. Различие клеток определяется по набору белков, синтезируемых данной клеткой. Во всех клетках хранится полная генетическая информация для построения всех белков определенного вида организма, а в клетке каждого типа синтезируются лишь те белки, которые ей нужны. Если одноклеточный организм, например бактерия, не гибнет от внешнего воздействия, то он остается бессмертным, т.е. не умирает, а делится на две новые клетки. Многоклеточные организмы живут ограниченное время. В организме животных они содержат два типа клеток: соматические и половые. Половые клетки, так же как и бактерии, бессмертны.

После оплодотворения образуются соматические клетки, которые смертны, и новые половые клетки. Принято  считать, что главная причина  старения организма – утеря генетической информации. Молекулы ДНК постепенно повреждаются мутациями, что приводит к гибели клеток всего организма. Поврежденные участки молекулы ДНК способны восстанавливаться благодаря репаративным ферментам. Хотя их возможности ограничены, но они играют важную роль в продлении жизни организма.

Физик Р. Гук, интересуясь оптикой, однажды решил под микроскопом рассмотреть тонкие срезы растений. Первый же взгляд открыл ему ажурные структуры, поразившие своей красотой и изяществом. В 1665 г. Гук представил в Королевское общество книгу «Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел посредством увеличенных стекол». В ней впервые употреблялся новый термин – клетка. После открытия Гука многие ученые продолжили изучение клеток, но прошло почти два столетия, прежде чем они смогли убедиться, что именно клетки – главная составная часть всех живых организмов, что все живое на Земле, от высших животных и растений до бактерий, состоит из клеток. Так, в 1833 г. Английский ботаник Р. Броун, первооткрыватель хаотического теплового движения частиц, обнаружил наличие в клетках ядер. Это открытие было сделано им при исследовании под микроскопом срезов тропических орхидей. Броун заметил, что внутри каждой клетки имеется какая-то сферическая структура.

Он назвал ее ядром. Через пять лет после открытия ядра появился термин, определяющий содержимое клетки протоплазма. В течении последующих лет ученые обстоятельно исследовали роль протоплазмы в живой клетке, но окончательно ее роль стала понятной только в наши дни. Открытие Р.Броуна послужило ключом к установлению того, что все растения имеют клеточное строение. Дело в том, что часто оболочки клеток, особенно молодых, видны под микроскопом плохо.

Другое дело – ядра. Легче обнаружить ядро, а затем  уже оболочку клетки. Этим воспользовался немецкий ботаник М. Шлейден. Он методично исследовал срезы самых разнообразных растений, отыскивая в них вначале ядра, а затем – окружающие их оболочки. После пяти лет изысканий Шлейден убедительно доказал, что клеточную структуру имеют все органы растений. Следом за М. Шлейденом другой немецкий ученый Т. Шванн воспользовался способом своего предшественника для исследования клеточных структур животных тканей. Уже через год Шванн опубликовал результаты своего труда. Его основной вывод состоял в том, что все животные ткани, как и ткани растений, имеют клеточную структуру. Дальнейшие исследования показали, что организмы могут состоять как из громадного, так и из ограниченного числа клеток. Существуют организмы, у которых все тело состоит всего лишь из одной клетки.

Но бесклеточных организмов в природе не существует. В 1885 г. Было установлено, что каждая клетка возникает  только при делении предшествующей ей материнской клетки. Немецкий биолог Р. Вихров сформулировал это в виде афоризма: «Каждая клетка – только из клетки». В некоторых клетках имеются сетчатые структуры, представляющие собой скопление пузырьков, маленьких вакуолей и цистерн. Форма пузырьков различна: шарообразная, утолщенная, вытянутая. Чаще они располагаются параллельно друг другу и обычно соединяются с канальцами эндоплазматической сети. Эти пузырьки обнаружил в 1898 г. Итальянский ученый К. Гольджи. Функции аппарата Гольджи не выяснены окончательно до сих пор. В 1910 году российский биолог К.С. Мережковский высказал предположение: хлоропласты и митохондрии произошли от свободноживущих бактерий, которые проникли в прокариотную клетку.

2. Генетический механизм наследственности и изменчивости.

Генетика - это наука  о наследственности и изменчивости организмов. Ее начало заложено в XIX веке работами Г. Менделя, который выявил основные закономерности наследования признаков родителей их потомством. Наследственность - присущее всем организмам свойство передавать потомству характерные черты строения, индивидуального развития, обмена веществ, а следовательно, состояния здоровья и предрасположенности ко многим заболеваниям. Передача потомству признаков предыдущих поколений называется наследованием. Механизмом этой передачи служит процесс размножения, как при простом делении клеток тканей, так и при половом размножении, когда объединение мужских и женских половых клеток (гамет) приводит к созданию нового организма, имеющего сходство с родителями и предками. Изменчивость - свойство организмов, противоположное наследственности, проявляющееся в несходстве потомков с родственными поколениями. Она обусловлена с одной стороны, изменениями в наследственности родительских особей, а с другой - ответом каждого организма на воздействия различных факторов среды (климата, кормления, содержания и т.п.). Некоторые факторы среды, такие, как облучение, химические вещества, вирусы, могут существенно изменять наследственное вещество не только соматических клеток (клеток тела), но, что важнее, влиять на наследственность половых клеток, как родительского поколения, так и потомков. Возникает цепь наследственных изменений организма, называющихся мутациями. Мутационные изменения наследуются и передаются по поколениям - это так называемая наследственная изменчивость, которая является главным фактором в появлении наследственно обусловленных новых свойств и признаков. Другие факторы внешней среды (кормление, климатические элементы и т.п.) вызывают изменения у организмов, которые не передаются потомству, т.е. не наследуются, и называются модификационной изменчивостью. Под влиянием наследственной и ненаследственной изменчивости у организмов формируется комплекс свойств, называемых фенотипической изменчивостью. Для проведения правильного подбора родительских пар важно уметь определять и выделять из фенотипической изменчивости долю влияния наследственной и ненаследственной изменчивости. Чем больше доля участия наследственности в формировании признаков организма, тем эффективнее селекционная работа. Современное представление о механизме наследственности основывается на особенностях двух типов молекул нуклеиновых кислот: ДНК и РНК, входящих в состав клеток. Нуклеиновые кислоты имеют нитевидную структуру молекулы и входят в состав хромосом - главных структур ядра клетки, а некоторые РНК находятся и в цитоплазме. Отдельные участки нитей нуклеиновой кислоты (ДНК) образуют гены, которые являются единицей наследственности и контролируют возможность образования определенного признака или свойства. Факторы среды или способствуют, или тормозят реализацию действия гена и тем самым влияют на формирование фенотипа организма. Основным аппаратом наследственности является число и форма хромосом, характерных для каждого вида. В половой клетке их в два раза меньше (гаплоидное число, символ - n), чем в любой соматической клетке, где они составляют двойной (т.е. диплоидный, символ - 2n) набор хромосом в виде пар. В каждую пару входят одинаковые по величине и форме хромосомы. Набор хромосом в клетках называется кариотипом. Число пар хромосом в кариотипах колеблется у разных видов от 2 до 100. У собак кариотип телесных клеток содержит 78 хромосом, т.е. 39 пар, а в каждой половой клетке только одинарный набор, состоящий из 39 хромосом. Кариотип клетки животного состоит из многих пар так называемых аутосомных хромосом и одной пары половых хромосом, обозначаемых буквами X и Y. У собак кариотип суки составляет 38 пар аутосом и пару половых хромосом XX, а кобеля - 38 пар аутосом и пару половых хромосом XY. Передача наследственных признаков происходит как через аутосомы, так и через половые хромосомы. Последние обуславливают наследование, связанное с половой принадлежностью животного. При оплодотворении в потомстве в массе будет рождаться 50% сучек и 50% кобельков от сочетания XY хромосом сперматозоидов отца с Х-хромосомами яйцеклеток самки. Таким образом, передача различных признаков и свойств зависит от молекулярного строения нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), их генного состава. Процесс передачи этих наследственных элементов происходит при оплодотворении, когда слияние мужских и женских гамет половых клеток приводит к образованию нового организма с удвоенным набором хромосом. Единицей наследственности служит участок ДНК, называемый геном. Соответствующие гены отца и матери называют аллельными генами, обуславливающими конкретный признак. По своему основному действию гены могут быть доминантными (обозначаются прописными буквами A, B, C и т.п.) и рецессивными (обозначаются соответственно строчными буквами a, b, c и т.п.). Доминантный ген С и его рецессивный ген с составляют пару аллельных генов, обуславливающих определенный признак. Доминантные гены обеспечивают проявление определенного признака уже в первом (дочернем) поколении потомства, а рецессивный ген, полученный от другого родителя, не вызывает проявление этого признака и находится в генотипе потомка в недействующем, скрытом состоянии. Он может проявиться и оказать влияние только в том случае, если оба - и отец, и мать передали потомку этот рецессивный ген. В результате слияния гамет родителей у потомка формируется генотип, т.е. набор генов обоих родителей. Если оба родителя имели доминантный ген С, то потомок будет иметь гомозиготный (однородный) генотип СС с доминантным проявлением признака в фенотипе. Если оба родителя несли и передали потомку рецессивный ген, то потомок будет гомозиготен по этому гену, его генотип будет записан сс, и в фенотипе выявится рецессивный признак. Если же от одного из родителей получен ген С, а от другого ген с, то потомок будет иметь гетерозиготный (разнородный) генотип Сс, а по фенотипу выявится доминантный признак. При скрещивании гетерозиготных особей между собой (СсхСс) у их потомства наблюдается «расщепление» по фенотипу и появляются особи как с доминантным, так и с рецессивным признаком. Рассмотрим пример с наследованием длины шерсти у собак. Короткая шерсть доминантна (G) над длинной (g). Если скрещивать гомозиготных короткошерстных собак (GG) с длинношерстными (gg), то их гаметы с генами G и g дадут в первом поколении (F1) гетерозиготное потомство Gg, по фенотипу оно будет однородным (короткошерстным), а по генотипу гетерозиготным. Если далее скрещивать гетерозиготных собак первого поколения (F1) между собой (GgxGg), то во втором поколении (F2) будет иметь место расщепление как по фенотипу, так и по генотипу в соотношении 3:1 - 75% доминантных (короткошерстных) и 25% рецессивных особей (длинношерстных). По генотипам во втором поколении будет гомозиготных доминантных генотипов 25% (GG), гетерозиготных доминантных генотипов Gg - 50% и гомозиготных рецессивных генотипов gg - 25%, т.е. соотношение 1:2:1. В этом примере иллюстрируется два закона Менделя:

1. Единообразие потомства  первого поколения с доминантным  проявлением фенотипа и гетерозиготным генотипом (Ll).

2. Расщепление во втором  поколении потомства по фенотипам  3:1, а по генотипам 1:2:1.

Особый тип взаимодействия генов представляет наследование, сцепленное с полом. В половых хромосомах помимо гена, определяющего пол, находятся  и гены других признаков. В результате наследственность, переданная Х-хромосомой (женской), отличается от наследственности, передаваемой Y-хромосомой (мужской). Не всегда имеет место полное доминирование одного гена над другим. Встречаются случаи, когда уже при первом скрещивании образуется промежуточный тип. Например, при скрещивании гончих собак с лайками потомки получают полувисячее ухо. Это означает, что хотя стоячее ухо является рецессивным признаком, вислоухость не полностью доминирует над ним. Количественные признаки (размер и живая масса тела, плодовитость, скорость бега у собак и т.п.) обусловлены влиянием многих генов. Это так называемый полигенный тип наследования, при котором наблюдается варьирование количественного признака от минимального до максимального значения. На внешнее проявление таких признаков оказывают существенное влияние факторы внешней среды, особенно кормление и условия содержания, без изменений в генотипе. Например, высота в холке у такс варьирует, но типичная низкорослость обусловлена наследственностью и действием многих генов.

Существенное значение в наследственности имеет множественное  действие гена, заключающееся в том, что один и тот же ген может  влиять на разные признаки, У собак  действие такого гена вызывает, например, бесшерстность, дефекты и недоразвитие зубной системы. Как уже упоминалось, под влиянием ряда внешних факторов (рентгеновские лучи, химические вещества), а также в результате изменения обменных процессов при старении организма в хромосомном наборе половых клеток могут происходить перестройки хромосом, вызывающие мутации (изменения в генах).

Мутации могут происходить  в виде поломок и перестроек самих  хромосом, путем обмена участками  между парными хромосомами. В  процессе мутагенеза возможно даже изменение  числа хромосом в виде утраты или добавки отдельных хромосом или путем увеличения числа пар хромосом (полиплоидия). Мутационные изменения вызывают в большинстве случаев аномалии, уродства, болезни и гибель потомства. Если в приплоде некоторых самцов или самок регистрируются аномалии или наследственные болезни, то таких собак нельзя использовать в племенной работе.

Одной из важных характеристик, на основании которой можно судить о состоянии породы, ее прогрессе  и недостатках, являются наследственные болезни собак. Генетически обусловлены следующие болезни собак: дисплазия бедра и локтевого сустава, эпилепсия, гемофилия, прогрессирующая атрофия сетчатки, катаракта и т.д. С выщеплением рецессивных гомозиготных генов связан также ряд дефектов, не являющихся заболеваниями: Альбинизм - полная или частичная утрата пигмента шерстного покрова кожи и радужной оболочки глаз. Это явление необходимо отличать от нормального белого окраса шерсти, при котором сохраняется темная окраска глаз и мочки носа. Недокус - нарушение согласованности роста верхней и нижней челюстей, при котором не происходит правильное ножницеобразное смыкание резцов. Гены, управляющие ростом верхней и нижней челюстей, независимы друг от друга.

Показано, что при скрещивании  собак длинномордых и короткомордых  пород проявляется несогласованность действия генов. Недостаток или излишек зубов - причина этих дефектов генетическая, точный механизм передачи признаков не установлен. Неправильный постав зубов обусловлен либо неполным доминированием генов, либо их количественным действием. Явление неполнозубости чаще проявляется у нормальных собак с крупными (относительно массы тела) зубами. При этом премоляры имеют массивные корни, что допускает возможность объединения соседних зубных закладок. Увеличение числа зубов (полиодонтия) более характерно для длинномордых собак и связано в основном с образованием двух зубов на одном корне. Крипторхизм (отсутствие в мошонке одного или обоих семенников, в зависимости от этого различают односторонних и двусторонних крипторхов) - этот признак связан с половой Х-хромосомой. Двусторонние крипторхи стерильны, односторонние могут оплодотворять сук, передавая соответствующую наследственность. Куцехвостость (редуцированный хвост) - судя по различным степеням выраженности, это полигенный признак, при котором возможно и неполное доминирование генов, определяющих нормальную длину. Собак с перечисленными дефектами (если это не породный признак) необходимо устранять от племенного использования.

Заключение.

Генетика – дисциплина в области естествознания, изучающая механизмы и закономерности наследственности и изменчивости организмов, методы управления этими процессами. Она призвана раскрыть законы воспроизведения живого по поколениям, появление у организмов новых свойств, законы индивидуального развития особи и материальной основы исторических преобразований организмов в процессе эволюции. Первые две задачи решают теория гена и теория мутаций. Выяснение сущности воспроизведения для конкретного разнообразия форм жизни требует изучения наследственности у представителей, находящихся на разных ступенях эволюционного развития. Объектами генетики являются вирусы, бактерии, грибы, растения, животные и человек. На фоне видовой и другой специфики в явлениях наследственности для всех живых существ обнаруживаются общие законы. Их существование показывает единство органического мира.

Изменчивость  присуща всем живым организмам, поэтому  в природе отсутствуют особи, идентичные по всем признакам и свойствам. Термин «изменчивость» употребляется  также для обозначения способности живых организмов отвечать морфофизиологическими изменениями на внешние воздействия и для характеристики преобразований форм живых организмов в процессе их эволюции. Отсутствие полной стабильности генотипа обусловливает мутационную и (в ходе дальнейших скрещиваний и расщеплений) комбинационную изменчивость, то есть в целом - генотипическую изменчивость.

Чёткое представление  о категориях и формах изменчивости необходимо при построении эволюционных схем и теорий, так как явления  наследственности и изменчивости лежат в основе эволюционного процесса, а также в практической селекции растений и животных, при изучении ряда проблем медицинской географии и популяционной антропологии.

Список используемых источников.

1. Гайсинович А.К. Зарождение и развитие генетики. Учебное пособие. М.: Наука, 2010. 423с.

2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Академический Проект, 2008. 654с

3. Кибернштерн Ф.И. Гены и генетика. Учебник для ВУЗов М.: Параграф, 2007. 454с.

4. Потеев М.И. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. СПб.: «Питер», 2009. 352с.

5. Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – 2-е изд перераб. и доп. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. 447с.

6. Тулинов В.Ф. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.: ЮНИТИ, 2004. 287с.

7. Чудов С.В.  Устойчивость видов и популяционная  генетика хромосомного видообразования: Монография. М: МГУЛ, 2002. 97с.