План реферата
1. Введение ................................................................................
1
2. Строение и
функции оболочки клетки .........................
2
· Оболочка
клеток ......................................................................................2
· Плазматическая
мембрана ...................................................................2
· Фагоцитоз
..................................................................................................3
· Цитоплазма
................................................................................................3
· Эндоплазматическая
сеть .....................................................................4
· Рибосомы
....................................................................................................4
· Митохондрии
.............................................................................................4
· Пластиды
.....................................................................................................5
· Аппарат
Гольджи ......................................................................................5
· Лизосомы
.....................................................................................................6
· Клеточный
центр ......................................................................................6
· Клеточные
включения ............................................................................6
· Ядро
...............................................................................................................6
3. Химический
состав клетки. Неорганические вещества....6
· Атомный
и молекулярный состав клетки ..........................................
6
· Содержание
химических элементов в клетке (таблица)
...............7
Введение
Цитология - наука
о клетке. Наука о клетке называется
цитологией (греч. «цитос»-клетка, «логос»-наука).
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. 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, математикой. 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
XVII в. применил Р.Гук. Рассматривая тонкий
срез пробки с помощью микроскопа, Гук
увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток.
Клеточная теория.
В середине XIX столетия на основе
уже многочисленных знаний о
клетке Т. Шванн сформулировал
клеточную теорию (1838). Он обобщил
имевшиеся 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
явились важнейшими доказательствами
единства происхождения всех
живых организмов, единство всего
органического мира. Т. Шван внес
в науку правильное понимание
клетки как самостоятельной единицы
жизни, наименьшей единицы живого:
вне клетки нет жизни.
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.
Современная
клеточная - теория включает следующие
положения:
клетка - 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;
размножение
клеток происходит путем их
деления, и каждая новая клетка
образуется в результате деления
исходной (материнской) клетки;
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.
Исследования
клетки имеют большое значение
для разгадки заболеваний. Именно
в клетках начинают развиваться
патологические изменения, приводящие
к возникновению заболеваний.
Чтобы понять роль клеток в
развитии заболеваний, приведем
несколько примеров. Одно из серьезных
заболеваний человека - сахарный
диабет. Причина этого заболевания
- недостаточная деятельность группы
клеток поджелудочной железы, вырабатывающих
гормон инсулин, который участвует
в регуляции сахарного обмена
организма. Злокачественные изменения,
приводящие к развитию раковых
опухолей, возникают также на
уровне клеток. Возбудители кокцидиоза
- опасного заболевания кроликов,
кур, гусей и уток - паразитические
простейшие - кокцидии проникают
в клетки кишечного эпителия
и печени, растут и размножаются
в них, полностью нарушают обмен
веществ, а затем разрушают
эти клетки. У больных кокцидиозом
животных сильно нарушается деятельность
пищеварительной системы и при
отсутствии лечения животные
погибают. Вот почему изучение
строения, химического состава, обмена
веществ и всех проявлений
жизнедеятельности клеток необходимо
не только в биологии, но также
в медицине и ветеринарии.
Изучение клеток
разнообразных одноклеточных и
многоклеточных организмов с
помощью светооптического и электронного
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 доеденными (прокариотами),
так как у них нет оформленного
ядра (греч. «картон»-ядро) и нет многих
структур, которые называют органоидами.
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
называют ядерными (эукариотическими).
Эти клетки имеют ядро и органоиды, выполняющие
специфические функции.
Особую, неклеточную
форму жизни составляют вирусы,
изучением которых занимается
вирусология.
Строение и функции
оболочки клетки
Клетка любого
организма, представляет собой
целостную живую систему. Она
состоит из трех неразрывно
связанных между собой частей:
оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка
клетка осуществляет непосредственное
взаимодействие с внешней средой
и взаимодействие с соседними
клетками (в многоклеточных организмах).
Оболочка клеток.
Оболочка клеток имеет сложное
строение. Она состоит из наружного
слоя и расположенной под ним
плазматической мембраны. Клетки
животных и растений различаются
по строению их наружного слоя.
У растений, а также у бактерий,
сине-зеленых водорослей и грибов
на поверхности клеток 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.
Гликокаликс
выполняет прежде всего функцию непосредственной
связи клеток животных с внешней средой,
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. Под гликокаликсом и
клеточной стенкой растений расположена
плазматическая мембрана (лат. “мембрана»-кожица,
пленка), граничащая непосредственно с
цитоплазмой. Толщина плазматической
мембраны около 10 нм, изучение ее строения
и функций возможно только с помощью электронного
микроскопа.
В состав
плазматической мембраны входят
белки и липиды. Они упорядочено
расположены и соединены друг с другом
химическими взаимодействиями. По современным
представлениям молекулы липидов в плазматической
мембране расположены в два ряда и образуют
сплошной слой. Молекулы белков не образуют
сплошного слоя, они располагаются в слое
липидов, погружаясь в него на разную глубину.
Молекулы
белка и липидов подвижны, что
обеспечивает динамичность плазматической
мембраны.
Плазматическая
мембрана выполняет много важных
функций, от которых завидят
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. Через
плазматическую мембрану из клети выводятся
продукты обмена, а также вещества, синтезированные
в клетке. К числу их относятся разнообразные
белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются
в клетках различных желез и выводятся
во внеклеточную среду в форме мелких
капель.
Клетки, образующие
у многоклеточных животных разнообразные
ткани ( эпителиальную, мышечную и др.),
соединяются друг с другом плазматической
мембраной. В местах соединения двух клеток
мембрана каждой из них может образовывать
складки или выросты, которые придают
соединениям особую прочность.
Соединение клеток
растений обеспечивается путем
образования тонких каналов, которые
заполнены цитоплазмой и ограничены
плазматической мембраной. По
таким каналам, проходящим через
клеточные оболочки, из одной клетки в
другую поступают питательные вещества,
ионы, углеводы и другие соединения.
На поверхности
многих клеток животных, например
различных эпителиев, находятся очень
мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые
плазматической мембраной, - микроворсинки.
Наибольшее количество микроворсинок
находится на поверхности клеток кишечника,
где происходит интенсивное переваривание
и всасывание переваренной пищи.
Фагоцитоз. Крупные
молекулы органических веществ,
например белков и полисахаридов,
частицы пищи, бактерии поступают
в клетку путем фагоцита (греч.
“фагео” - пожирать). В фагоците непосредственное
участие принимает плазматическая мембрана.
В том месте, где поверхность клетки соприкасается
с частицей какого-либо плотного вещества,
мембрана прогибается, образует углубление
и окружает частицу, которая в “мембранной
упаковке” погружается внутрь клетки.
Образуется пищеварительная вакуоль и
в ней перевариваются поступившие в клетку
органические вещества.
Цитоплазма. Отграниченная
от внешней среды плазматической
мембраной, цитоплазма представляет
собой внутреннюю полужидкую
среду клеток. В цитоплазму эукариотических
клеток располагаются ядро и
различные органоиды. Ядро располагается
в центральной части цитоплазмы.
В ней сосредоточены и разнообразные
включения - продукты клеточной
деятельности, вакуоли, а также
мельчайшие трубочки и нити, образующие
скелет клетки. В составе основного
вещества цитоплазмы преобладают
белки. В цитоплазме протекают
основные процессы обмена веществ,
она объединяет в одно целое
ядро и все органоиды, обеспечивает
их взаимодействие, деятельность
клетки как единой целостной
живой системы.
Эндоплазматическая
сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы
заполнена многочисленными мелкими
каналами и полостями, стенки
которых представляют собой мембраны,
сходные по своей структуре
с плазматической мембраной. Эти
каналы ветвятся, соединяются друг
с другом и образуют сеть, получившую
название эндоплазматической сети.
Эндоплазматическая
сеть неоднородна по своему
строению. Известны два ее типа
- гранулярная и гладкая. На мембранах
каналов и полостей гранулярной сети располагается
множество мелких округлых телец - рибосом,
которые придают мембранам шероховатый
вид. Мембраны гладкой эндоплазматической
сети не несут рибосом на своей поверхности.
Эндоплазматическая
сеть выполняет много разнообразных
функций. Основная функция гранулярной
эндоплазматической сети - участие
в синтезе белка, который осуществляется
в рибосомах.
На мембранах
гладкой эндоплазматической сети
происходит синтез липидов и
углеводов. Все эти продукты
синтеза накапливаются н каналах
и полостях, а затем транспортируются
к различным органоидам клетки, где потребляются
или накапливаются в цитоплазме в качестве
клеточных включений. Эндоплазматическая
сеть связывает между собой основные органоиды
клетки.
Рибосомы. Рибосомы
обнаружены в клетках всех
организмов. Это микроскопические
тельца округлой формы диаметром
15-20 нм. Каждая рибосома состоит
из двух неодинаковых по размерам
частиц, малой и большой.
В одной клетке
содержится много тысяч рибосом,
они располагаются либо на
мембранах гранулярной эндоплазматической
сети, либо свободно лежат в
цитоплазме. В состав рибосом
входят белки и РНК. Функция
рибосом - это синтез белка.
Синтез белка - сложный процесс,
который осуществляется не одной
рибосомой, а целой группой,
включающей до нескольких десятков
объединенных рибосом. Такую группу
рибосом называют полисомой. Синтезированные
белки сначала накапливаются
в каналах и полостях эндоплазматической
сети, а затем транспортируются
к органоидам и участкам клетки,
где они потребляютя. Эндоплазматическая
сеть и рибосомы, расположенные
на ее мембранах, представляют
собой единый аппарат биосинтеза
и транспортировки белков.
Митохондрии.
В цитоплазме большинства клеток
животных и растений содержатся
мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии
(греч. «митос» - нить, «хондрион» - зерно,
гранула).
Митохондрии хорошо
видны в световой микроскоп,
с помощью которого можно рассмотреть
их форму, расположение, сосчитать
количество. Внутреннее строение
митохондрий изучено с помощью
электронного микроскопа. Оболочка
митохондрии состоит из двух
мембран - наружной и внутренней.
Наружная мембрана гладкая, она
не образует никаких складок
и выростов. Внутренняя мембрана,
напротив, образует многочисленные
складки, которые направлены в
полость митохондрии. Складки
внутренней мембраны называют
кристами (лат. «криста» - гребень, вырост)
Число крист неодинаково в митохондриях
разных клеток. Их может быть от нескольких
десятков до нескольких сотен, причем
особенно много крист в митохондриях активно
функционирующих клеток, например мышечных.
Митохондрии
называют «силовыми станциями»
клеток» так как их основная
функция - синтез аденозинтрифосфорной
кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется
в митохондриях клеток всех
организмов и представляет собой универсальный
источник энергии, необходимый для осуществления
процессов жизнедеятельности клетки и
целого организма.
Новые митохондрии
образуются делением уже существующих
в клетке митохондрий.
Пластиды. В цитоплазме
клеток всех растений находятся
пластиды. В клетках животных
пластиды отсутствуют. Различают
три основных типа пластид: зеленые - хлоропласты;
красные, оранжевые и желтые - хромопласты;
бесцветные - лейкопласты.
Хлоропласт. Эти
органоиды содержатся в клетках
листьев и других зеленых органов
растений, а также у разнообразных
водорослей. Размеры хлоропластов 4-6
мкм, наиболее часто они имеют
овальную форму. У высших растений
в одной клетке обычно бывает
несколько десятков хлоропластов.
Зеленый цвет хлоропластов зависит
от содержания в них пигмента
хлорофилла. Xлоропласт - основной
органоид клеток растений, в котором
происходит фотосинтез, т. е. образование
органических веществ (углеводов)
из неорганических (СО2 и Н2О) при использовании
энергии солнечного света.
По строению
хлоропласты сходны с митохондриями.
От цитоплазмы хлоропласт отграничен
двумя мембранами - наружной и
внутренней. Наружная мембрана гладкая,
без складок и выростов, а внутренняя
образует много складчатых выростов,
направленных внутрь хлоропласта.
Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено
большое количество мембран, образующих
особые структуры - граны. Они
сложены наподобие стопки монет.
В мембранах
гран располагаются молекулы
хлорофилла, потому именно здесь
происходит фотосинтез. В хлоропластах
синтезируется и АТФ. Между
внутренними мембранами хлоропласта
содержатся ДНК, РНК. и рибосомы.
Следовательно, в хлоропластах, так
же как и в митохондриях, происходит
синтез белка, необходимого для
деятельности этих органоидов. Хлоропласты
размножаются делением.
Хромопласты
находятся в цитоплазме клеток
разных частей растений: в цветках,
плодах, стеблях, листьях. Присутствием
хромопластов объясняется желтая,
оранжевая и красная окраска
венчиков цветков, плодов, осенних
листьев.
Лейкопласты. находятся
в цитоплазме клеток неокрашенных частей
растений, например в стеблях, корнях,
клубнях. Форма лейкопластов разнообразна.
Хлоропласты,
хромопласты и лейкопласты способны
клетка взаимному переходу. Так
при созревании плодов или
изменении окраски листьев осенью
хлоропласты превращаются в хромопласты,
а лейкопласты могут превращаться
в хлоропласты, например, при позеленении
клубней картофеля.
Аппарат Гольджи.
Во многих клетках животных, например
в нервных, он имеет форму сложной сети,
расположенной вокруг ядра. В клетках
растений и простейших аппарат Гольджи
представлен отдельными тельцами серповидной
или палочковидной формы. Строение этого
органоида сходно в клетках растительных
и животных организмов, несмотря на разнообразие
его формы.
В состав аппарата
Гольджи входят: полости, ограниченные
мембранами и расположенные группами
(по 5-10); крупные и мелкие пузырьки,
расположенные на концах полостей
. Все эти элементы составляют единый комплекс.
Аппарат Гольджи
выполняет много важных функций.
По каналам эндоплазматической
сети к нему транспортируются
продукты синтетической деятельности
клетки - белки, углеводы и жиры.
Все эти вещества сначала накапливаются,
а затем в виде крупных и
мелких пузырьков поступают в
цитоплазму и либо используются
в самой клетке в процессе
ее жизнедеятельности, либо выводятся
из нее и используются в
организме. Например, в клетках
поджелудочной железы млекопитающих
синтезируются пищеварительные
ферменты, которые накапливаются
в полостях органоида. Затем
образуются пузырьки, наполненные
ферментами. Они выводятся из
клеток в проток поджелудочной
железы, откуда перетекают в полость
кишечника. Еще одна важная
функция этого органоида заключается
в том, что на его мембранах
происходит синтез жиров и
углеводов (полисахаридов), которые
используются в клетке и которые
входят в состав мембран. Благодаря
деятельности аппарата Гольджи
происходят обновление и рост
плазматической мембраны.
Лизосомы. Представляют
собой небольшие округлые тельца.
От Цитоплазмы каждая лизосома
отграничена мембраной. Внутри
лизосомы находятся ферменты, расщепляющие
белки, жиры, углеводы, нуклеиновые
кислоты.
К пищевой
частице, поступившей в цитоплазму,
подходят лизосомы, сливаются с
ней, и образуется одна пищеварительная
вакуоль , внутри которой находится пищевая
частица, окруженная ферментами лизосом.
Вещества, образовавшиеся в результате
переваривания пищевой частицы, поступают
в цитоплазму и используются клеткой.
Обладая способностью
к активному перевариванию пищевых
веществ, лизосомы участвуют в
удалении отмирающих в процессе
жизнедеятельности частей клеток,
целых клеток и органов. Образование
новых лизосом происходит в
клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся
в лизосомах, как и всякие другие белки
синтезируются на рибосомах цитоплазмы.
Затем эти ферменты поступают по каналам
эндоплазматической сети к аппарату Гольджи,
в полостях которого формируются лизосомы.
В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.
Клеточный
центр. В клетках животных
вблизи ядра находится органоид,
который называют клеточным центром.
Основную часть клеточного центра
составляют два маленьких тельца
- центриоли, расположенные в небольшом
участке уплотненной цитоплазмы.
Каждая центриоль имеет форму
цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли
играют важную роль при делении
клетки; они участвуют в образовании
веретена деления.
Клеточные
включения. К клеточным включениям
относятся углеводы, жиры и белки.
Все эти вещества накапливаются
в цитоплазме клетки в виде
капель и зерен различной величины
и формы. Они периодически синтезируются
в клетке и используются в
процессе обмена веществ.
Ядро. Каждая
клетка одноклеточных и многоклеточных
животных, а также растений содержит
ядро. Форма и размеры ядра
зависят от формы и размера
клеток. В большинстве клеток
имеется одно ядро, и такие
клетки называют одноядерными. Существуют
также клетки с двумя, тремя,
с несколькими десятками и
даже сотнями ядер. Это - многоядерные
клетки.
Ядерный сок
- полужидкое вещество, которое находится
под ядерной оболочкой и представляет
внутреннюю среду ядра.
Химический состав
клетки. Неорганические вещества
Атомный и
молекулярный состав клетки. В
микроскопической клетке содержится
несколько тысяч веществ, которые
участвуют в разнообразных химических
реакциях. Химические процессы, протекающие
в клетке,- одно из основных
условий ее жизни, развития
и функционирования.
Все клетки
животных и растительных организмов,
а также микроорганизмов сходны
по химическому составу, что
свидетельствует о единстве органического
мира.
Содержание химических
элементов в клетке
Элементы
Количество (в %) Элементы
Количество (в %)
Кислород
65-75
Кальций 0,04-2,00
Углерод
15-16
Магний 0,02-0,03
Водород
8-10
Натрий 0,02-0,03
Азот
1,5-3,0
Железо 0,01-0,015
Фосфор
0,2-1,0
Цинк
0,0003
Калий
0,15-0,4
Медь
0,0002
Сера
0,15-0,2
Йод
0,0001
Хлор
0,05-0,1
Фтор
0,0001
В таблице
приведены данные об атомном
составе клеток. Из 109 элементов периодической
системы Менделеева в клетках
обнаружено значительное их большинство.
Особенно велико содержание в
клетке четырех элементов - кислорода,
углерода, азота и водорода. В
сумме они составляют почти
98% всего содержимого клетки. Следующую
группу составляют восемь элементов,
содержание которых в клетке
исчисляется десятыми и сотыми
долями процента. Это сера, фосфор,
хлор, калий, магний, натрий, кальций,
железо. В сумме они составляют
1.9%. Все остальные элементы содержатся
в клетке в исключительно малых
количествах (меньше 0,01%)
Таким образом,
в клетке нет каких-нибудь особенных
элементов, характерных только
для живой природы. Это указывает
на связь и единство живой
и неживой природы. На атомном
уровне различий между химическим
составом органического и не
органического мира нет. Различия
обнаруживаются на более высоком
уровне организации - молекулярном.
