Клетка. 4
РЕФЕРАТ ПО БИОЛОГИИ
НА ТЕМУ:
«КЛЕТКА».
План.
- Введение.
- Открытие клетки. Клеточная теория.
- Общее строение клетки:
- Ядро.
- Мембрана.
- Цитоплазма:
IV. Функции клеток:
- Деление клетки
- Обмен веществ:
3. Раздражимость.
V. Жизненный цикл клетки:
1. Митоз.
2. Мейоз.
VI. Заключение.
Введение.
Цитология (от греч. «цитос» - клетка и «логос» - наука) – наука о клетках. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособление 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 и математикой.
Цитология – одна из молодых биологических наук, ёё возраст около 100 лет. Возраст же термина «клетка» насчитывает около 300 лет.
Исследуя клетку как важнейшую единицу живого, цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин. Изучение клеточного строения организмов было начато микроскопами XVII века, в XIX веке была создана единая для всего органического мира клеточная теория ( Т.Шванн, 1839г.). В XX веке быстрому прогрессу цитологии способствовали новые методы: электронная микроскопия, изотопные индикаторы, культивирование клеток и др. Коренное улучшение всей техники микроскопирования позволило исследователям к началу XX столетия обнаружить основные клеточные органоиды, выяснить строение ядра и закономерности клеточного деления, расшифровать механизмы оплодотворения и созревания половых клеток. В 1876г. был открыт клеточный центр, в 1894г. – митохондрии, в 1898г. – аппарат Гольджи.
Название «клетка» предложил англичанин Р.Гук ещё в 1665г., но только в XIX веке началось её систематическое изучение. Несмотря на то, что клетки могут входить в состав различных организмов и органов (бактерий, икринок, эритроцитов, нервов и т.д.) и даже существовать как самостоятельные (простейшие) организмы, в их строении и функциях обнаружено много общего. Хотя отдельная клетка представляет собой наиболее простую форму жизни, строение её достаточно сложно.
Крупный вклад в развитие учения о клетке второй половины XIX – начала XX века внесли отечественные цитологи - И.Д.Чистяков (описание фаз методического деления), И.Н.Горожанкин ( изучение цитологических основ оплодотворения у растений) и особенно С.Т.Навашин, открывший в 1898г. явление двойного оплодотворения у растений.
Успехи в изучении клетки приводили к тому, что внимание биологов всё больше концентрировалось на клетке как основной структурной единице живых организмов. Всё более очевидным становилось то, что в особенностях строения и функций клетки лежит ключ к решению многих фундаментальных проблем биологии. Вместе с тем изучение клетки породило собственные проблемы, как методические, так и теоретические. Всё это и привело в конце XIX века к выделению цитологии в отдельный и самостоятельный раздел биологии.
Широкое
использование новейших методов
физики и химии обусловило прогресс,
достигнутый в последнее
Применение
методов молекулярной биологии привело
к открытию доли ДНК как носителя
наследственной информации в клетке
и к расшифровке генетического
кода. Благодаря молекулярно-
Значение
клетки как элементарной структуры
и функции живого, как центра основных
биохимических реакций, протекающих
в организме, как носителе материальных
основ наследственности делает цитологию
важнейшей общебиологической
Открытие клетки. Клеточная теория.
Великий русский физиолог И.П.Павлов писал: «Науку принято сравнивать с постройкой. Как здесь так и там трудится много народа, и здесь, и там происходит разделение труда. Кто составляет план, один кладут фундамент, другие возводят стены и так далее….». «Постройка» клеточной теории началась почти 350 лет назад.
Итак, 1665год, Лондон, кабинет физика Роберта Гука. Хозяин настраивает микроскоп собственной конструкции. Профессору Гуку тридцать лет, он окончил Оксфордский университет, работал ассистентом у знаменитого Роберта Бойля. Очень жаль, что до нас не дошел ни один портрет Гука. Впрочем, их вообще не было. Гук считал себя некрасивым и отказывался позировать.
Гук был неординарным исследователем. Свои попытки заглянуть за горизонт человеческих познаний он не ограничивал какой-либо одной областью. Проектировал здания, установил на термометре «точки отсчета» - кипения и замерзания воды, изобрёл воздушный насос и прибор для определения силы ветра… Потом увлёкся возможностями микроскопа. Он рассматривал под стократным увеличением всё, что попадало под руку, - муравья и блоху, песчинку и водоросли. Однажды под объективом оказался кусочек пробки. Что же увидел молодой учёный? Удивительную картину – правильно расположенные пустоты, похожие на пчелиные соты. Позднее такие же ячейки он нашел не только в отмершей растительной ткани, но и в живой. Гук назвал их клетками и вместе с полусотней других наблюдений описал в книге Микрография». Однако именно это наблюдение под номером 18 принесло ему славу первооткрывателя клеточного строения живых организмов. Славу, которая самому Гуку была не нужна. Вскоре его захватили другие идеи, и он больше никогда не возвращался к микроскопу, а о клетках и думать забыл.
Зато у других учёных открытие Гука пробудило крайнее любопытство. Итальянец Марчелло Мальпиги называл это чувство «человеческим зудом познания». Он также стал рассматривать в микроскоп разные части растений. И обнаружил, что те состоят из мельчайших трубочек, мешочков, пузырьков. Разглядывал Мальпиги под микроскопом и кусочки тканей человека и животных. Увы, техника того времени была слишком слаба. Поэтому клеточное строение животного организма ученый так и не распознал.
Дальнейшая история открытия продолжилась в Голландии. Антони ван Левенгук (1632-1723 г.г.) никогда не думал, что его имя будет стоять в ряду великих ученых. Сын промышленника и торговца из Делфта, он тоже торговал сукном. Так и прожил бы Левенгук незаметным коммерсантом, если бы не его страстное увлечение да любопытство. На досуге он любил шлифовать стёкла, изготовляя линзы. Голландия славилась своими оптиками, но Левенгук достиг небывалого мастерства. Его микроскопы, состоявшие лишь из одной линзы, были гораздо лучше тех, которые имели несколько увеличительных стёкол. Сам он утверждал, что сконструировал 200 таких приборов, давших увеличение до 270раз. А ведь ими было очень трудно пользоваться. Вот что писал об этом физик Д.С.Рождественский: «Вы можете себе представить ужасное неудобство этих мельчайших линзочек. Объект вплотную к линзе, линза вплотную к глазу, носа девать некуда.». Кстати, Левенгук до последних дней, а дожил он до 90 лет, сумел сохранить остроту зрения.
Через свои линзы естествоиспытатель увидел новый мир, о существовании которого не догадывались даже отчаянные фантазёры. Больше всего поразили Левенгука его обитатели – микроорганизмы. Эти мельчайшие существа обнаруживались везде: в капле воды и комке земли, в слюне и даже на самом Ливенгуке. С 1673г. подробные описания и зарисовки своих удивительных наблюдений исследователь отправил в Лондонское королевское общество. Но учёные мужи не спешили ему верить. Ведь было задето их самолюбие: «неуч», «профан», «мануфактурщик», а туда же, в науку. Левенгук тем временем неустанно посылал новые письма о своих замечательных открытиях. В итоге академикам пришлось признать заслуги голландца. В 1680г. Королевское общество избрало его полноправным членом. Левенгук стал мировой знаменитостью. Отовсюду в Делфт ехали смотреть на диковины, открываемые его микроскопами. Одним из самых знатных гостей был русский царь ПётрI – большой охотник жо всего нового… Левенгуку, не прекращавшему исследований, многочисленные гости только мешали. Любопытство и азарт подгоняли первооткрывателя. За 50 лет наблюдений Левенгук открыл более 200 видов микроорганизмов и первым сумел описать структуры, которые, как мы теперь знаем, являются клетками человека. В частности, он увидел эритроциты и сперматозоиды (по его тогдашней терминологии, «шарики» и «зверьки»). Конечно, Левенгук и не предполагал, что это были клетки. Зато он рассмотрел и очень подробно зарисовал строение волокна сердечной мышцы. Поразительная наблюдательность для человека с такой примитивной техникой.
Антони ван Левенгук был, пожалуй, единственным за всю историю построения клеточной теории учёным без специального образования. Зато все остальные, не менее знаменитые исследователи клеток учились в университетах и были людьми высокообразованными. Немецкий ученый Каспар Фридрих Вольф, например, изучал медицину в Берлине, а затее в Галле. Уже в 26лет он написал труд «Теория зарождения», за который был подвергнут на родине резкой критике коллег. Что же нового для развития клеточной теории дали исследования Вольфа? Описывая «пузырьки», «зёрнышки», «клетки», он увидел их общие черты у животных и растений. Кроме того, Вольф впервые предположил, что клетки могут иметь определенное значение в развитии организма. Его труды помогли другим учёным правильно понять роль клеток.
Теперь хорошо известно, что главная часть клетки – ядро. Впервые. Кстати, описал ядро(в эритроцитах рыб) Левенгук ещё в 1700г.. Но ни он, ни многие другие видевшие ядро учёные не придавали ему особого значения. Лишь в 1825г. чешский биолог Ян Эвангелиста Пуркинье исследуя яйцеклетку птиц, обратил внимание на ядро. «Сжатый сферический пузырёк, одетый тончайшей оболочкой. Он…преисполнен производящей силой, отчего я и назвал его «зародышевый пузырёк»», - писал учёный.
В 1837г. Пуркинье сообщил научному миру результаты многолетней работы: в в каждой клетке организма животного и человека есть ядро. Это была очень важная новость. В то время было известно лишь о наличии ядра в растительных клетках. К такому выводу пришёл английский ботаник Роберт Броун за несколько лет до открытия Пуркинье. Броун, кстати, и ввёл в употребление сам термин «ядро». А Пуркинье, к сожалению, не сумел обобщить накопленные знания о клетках. Прекрасный экспериментатор, он оказался слишком осторожен в выводах.
К середине XIX века наука наконец вплотную подошла к тому, чтобы достроить здание под названием «клеточная теория». Немецкие биологи Матиас Якоб Шлейден и Теодор Шванн были друзьями. В их судьбах немало общего, но главное, что их объединяло, - «человеческий зуд познания» и страсть к науке. Сын врача, юрист по образованию, Матиас Шлейден в 26лет решил круто изменить свою судьбу. Он вновь поступил в университет – на медицинский факультет и по окончании его занялся физиологией растений. Целью его работы было понять, как происходит образование клеток. Шлейден совершенно справедливо полагал, что ведущая роль в этом процессе принадлежит ядру. Но, описывая возникновение клеток, учёный, увы, ошибался. Он считал, сто каждая новая клетка развивается внутри старой. А это, конечно же, не так. Кроме того, Шлейден думал, что клетки животных и растений не имеют ничего общего. Вот почему не он сформулировал основные постулаты клеточной теории. Это сделал Теодор Шванн.
Воспитываясь в очень религиозной семье, Шванн мечтал стать священнослужителем. Для того чтобы лучше подготовиться к духовной карьере, он поступил на философский факультет Боннского университета. Но вскоре любовь к естественным наукам пересилила, и Шванн перешел на медицинский факультет. После его окончания он работал в Берлинском университете, где изучал строение спинной струны – основного органа нервной системы животных из отряда круглоротых. Учёный открыл оболочку нервных волокон у человека. Серьёзной научной работой Шванн занимался всего пять лет. В расцвете сил и славы он неожиданно бросил исследования, уехал в маленький тихий Льеж и стал преподавать. Религия и наука так и не сумели ужиться в этом замечательном человеке.
В октябре !837г. в Берлине произошло важнейшее для науки событие. Случилось всё в небольшом ресторанчике, куда зашли перекусить два молодых человека. Годы спустя один из них – Теодор Шванн вспоминал: «Однажды, когда я обедал с господином Шлейденом, этот знаменитый ботаник указал мне на важную роль, которую ядро играет в растительных клеток. Я тотчас же припомнил, что видел подобный же орган в клетках спинной струны, и в тот же момент понял крайнюю важность, которую будет иметь моё открытие, если я сумею показать, что в клетках спинной струны это ядро играет ту же роль, что и ядро растений в развитии их клеток… С этого момента все мои усилия были направлены к нахождению доказательств предсуществования ядра клетки».
Усилия оказались не напрасны. Уже через два года вышла в свет его книга «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В ней были изложены основные идеи клеточной теории. Шванн не только первым увидел в клетке то, что объединяет и животные и растительные организмы, но и показал сходство в развитии всех клеток.
Конечно, авторство со Шванном разделяют и все учёные, возводившие «постройку». А особенно Матиас Шлейден, подавший другу блестящую идею. Известен афоризм: «Шванн стоял на плечах Шлейдена». Его автор – Рудольф Вирхов, выдающийся немецкий биолог. Вирхову же принадлежит и другое крылатое выражение: «Omnis cellula e cellula», что с латыни переводится: «Всякая клетка от клетки». Именно этот постулат стал триумфальным лавровым венком для теории Шванна.
Рудольф Вирхов изучал значение клетки для всего организма. Ему, окончившему медицинский факультет, особенно интересна была роль клеток при заболеваниях. Работы Вирхова о болезнях послужили базой для новой науки – патологической анатомии. Именно Вирхов ввёл в науку о болезнях понятие клеточной патологии. Но в своих искания он несколько перегнул палку. Представляя живой организм как «клеточное государство», Вирхов считал клетку полноценной личностью. «Клетка…да, это именно личность, притом деятельная, активная личность, и её деятельность есть…продукт явлений, связанных с продолжением жизни».
Шли годы, развивалась техника, появился электронный микроскоп, дающий увеличение в десятки тысяч раз. Учёные сумели разгадать немало тайн, заключённых в клетке. Было подробно описано деление, открыты клеточные органеллы, поняты биохимические процессы в клетке, наконец, была расшифрована структура ДНК. Казалось бы, ничего нового о клетке уже не узнать. И всё же есть ещё много непонятного, неразгаданного, и наверняка будущие поколения исследователей положат новые кирпичики в здание науки о клетке.
Клеточная
теория сохранила своё значение и
в настоящее время. Она была неоднократно
проверена и дополнена
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 обмена веществ.
- Размножение клеток происходит путём 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.
Общее строение клетки.
Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система.
Клетки всех организмов имеют единый план строения, в котором чётко проявляется общность всех процессов жизнедеятельности. Сами клетки находятся в межклеточном веществе, обеспечивающем их механическую прочность, питание и дыхание. Основные части любой клетки – цитоплазма и ядро.
Клетка покрыта мембраной, состоящей из нескольких слоёв молекул, обеспечивающей избирательную проницаемость веществ. В цитоплазме расположены мельчайшие структуры – органоиды. К органоидам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр.
Ядро.
Ядро – самый заметный и самый большой органоид клетки, который первым привлёк внимание исследователей. Клеточное ядро было открыто в 1831г. шотландским учёным Робертом Брауном. Ядро можно сравнить с кибернетической системой, где имеет место хранение, переработка и передача в цитоплазму огромной информации, заключённой в очень малом объёме. Ядро играет главную роль в наследственности. Ядро выполняет также функцию восстановления клеточного тела(регенерация), является регулятором всех жизненных отправлений клетки. Форма ядра чаще всего шарообразная или яйцевидная. Важнейшей составной частью ядра является хроматин – вещество, хорошо окрашивающееся ядерными красками.
Ядро
отделено от цитоплазмы двойной мембраной,
которая непосредственно
Внутреннее содержимое ядра составляет ядерный сок, заполняющий пространство между структурами ядра. В ядре всегда присутствует одно или несколько ядрышек. В ядрышке образуются рибосомы. Поэтому между активностью клетки и размером ядрышек существует прямая связь: чем активнее протекают процессы биосинтеза белка. Тем крупнее ядрышки, и наоборот, в клетках, где синтез белка ограничен, ядрышки или очень невелики, или совсем отсутствуют.
В ядре расположены нитевидные образования – хромосомы. В ядре клетки тела человека(кроме половых) содержится по 46 хромосом. Хромосомы являются носителями наследственных задатков организма, передающихся от родителей потомству.
Большинство клеток содержит одно ядро, но существуют и многоядерные клетки (в печени, в мышцах и др.). Удаление ядра делает клетку нежизнеспособной.
Мембрана.
Если рассматривать в микроскоп клетку какого-нибудь растения, например, корешка лука, то видно, что она окружена сравнительно толстой оболочкой. Оболочка совсем другой природы хорошо видна у гигантского аксона кальмара. Но не оболочка выбирает какие вещества пускать, а какие не пускать в аксон. Оболочка клетки служит как бы дополнительным «земляным валом», который окружает и защищает главную крепостную стену – клеточною мембрану с её автоматическими воротами, насосами, специальными «наблюдателями», ловушками и другими удивительными приспособлениями.
«Мембрана – крепостная стена клетки», но только в том смысле, что она ограждает и защищает внутреннее содержимое клетки. Растительную клетку можно отделить от наружно оболочки. Можно разрушить оболочку у бактерий. Тогда может показаться, что они вообще ничем не отделены от окружающего раствора – это просто кусочки студня с внутренними включениями.
Новые физические методы, прежде всего электронная микроскопия, не только позволили с несомненностью установить наличие мембраны. Но и рассмотреть некоторые её детали.
Внутреннее содержимое клетки и её мембрана состоят в основном из одних и тех же атомов. Эти атомы – углерод, кислород, водород, азот – расположены в начале таблицы Менделеева. На электронной фотографии тонкого среза клетки мембраны видны в виде двух тёмных линий. С этих снимков может быть точно измерена толщина мембраны.
Итак, клеточная мембрана – очень мелкое молекулярное сито. Однако мембрана – весьма своеобразное сито. Её поры скорее напоминают длинные узкие проходы в крепостной стене средневекового города. Высота и ширина этих проходов в 10 раз меньше длины. Кроме того, в этом сите отверстия встречаются осень редко – поры у некоторых клеток занимают только одну миллионную часть площади мембраны. Это соответствует всего одному отверстию на площади обычного волосяного сита для просеивания муки, т.е. с обычной точки зрения мембрана вовсе не сито.
Цитоплазма.
Цитоплазма – полужидкая слизистая бесцветная масса, содержащая 75-80% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3% жиров и липидов, 1% неорганических и других веществ. Цитоплазматическое содержимое клетки способно двигаться, что способствует оптимальному размещению органоидов, лучшему протеканию биохимических реакций, выделению продуктов обмена и т.д.. Слой цитоплазмы формирует различные образования: реснички, жгутики, поверхностные выросты.
В состав цитоплазмы входят вещества белковой природы. Во многих клетках, например у амёб, в клетках различных эпителиев, гиалоплазма(основное вещество цитоплазмы) содержит тончайшие нити, которые могут переплетаться и образовывать структуры, напоминающие войлок. Эти нитевидные (фибриллярные) связаны с выполнением механической функции: они образуют нечто подобное внутреннему скелету клетки. Фибриллы цитоплазмы не принадлежат к числу постоянных структур: они могут появляться и исчезать при различных состояниях клетки.
Цитоплазма пронизана сложной сетчатой системой, связанной с наружной плазматической мембраной и состоящей из сообщающихся между собой канальцев, пузырьков, уплощённых мешочков. Такая сетчатая система названа вакуолярной системой.
Органоиды клетки.
Цитоплазма содержит ряд мельчайших структур клетки – органоидов, которые выполняют различные функции. Органоиды обеспечивают жизнедеятельность клетки.
Эндоплазматическая сеть. Название этого органоида отражает его место расположения в центральной части цитоплазмы. ЭПС представляет собой очень развёрнутую систему канальцев, трубочек, пузырьков, цистерн разной величины и формы, отграниченных мембранами от цитоплазмы клетки.
ЭПС бывает двух видов: гранулярная, т.е. состоящая из канальцев и цистерн, поверхность которых усеяна зёрнышками(гранулами) и агранулярная, т.е. гладкая(без гран). Граны в эндоплазматической сети есть ни что иное, как рибосомы. В клетках зародышей животных наблюдается в основном гранулярная ЭПС, а у взрослых форм – агранулярная. Зная, что рибосомы в цитоплазме служат местом синтеза белка, можно предположить, что гранулярная ЭПС преобладает в клетках. Активно синтезирующих белок. Считается, что агранулярная сеть в большей степени предоставлена в тех клетках, где идёт активный синтез липидов(жиров и жироподобных веществ).
Оба
вида ЭПС не только участвуют в
синтезе органических веществ, но и
накапливают и транспортируют их
к местам назначения, регулируют обмен
веществ между клеткой и
Рибосомы. Рибосомы – не мембранные клеточные органоиды, состоящие из рибонуклеиновой кислоты и белка. Их внутреннее строение во многом ещё остаётся загадкой. В электронном микроскопе они имеют вид округлых или грибовидных гранул.
Каждая рибосома разделена желобком на большую и малую части(субъединицы). Часто несколько рибосом объединяются нить специальной рибонуклеиновой кислоты(РНК), называемой информационной(иРНК). Рибосомы осуществляют уникальную функцию синтеза белковых молекул из аминокислот.
Комплекс Гольджи. Продукты биосинтеза поступают в просветы полостей и канальцев ЭПС, где они концентрируются в специальный аппарат – комплекс Гольджи, расположенный вблизи ядра. Комплекс Гольджи участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки, в формировании лизосом и т.д.
Комплекс Гольджи был открыт итальянским цитологом Камилио Гольджи и в 1898г. был назван «комплексом(аппаратом) Гольджи». Белки, выработанные в рибосомах, поступают в комплекс Гольджи, а когда они требуются другому органоиду, то часть комплекса Гольджи отделяется, и белок доставляется в требуемое место.
Лизосомы. Лизосомы – это органоиды клетки овальной формы, окружённые однослойной мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, углеводы, липиды. В случае повреждения лизосомной мембраны ферменты начинают расщеплять и разрушать внутреннее содержимое клетки, и она погибает.
Клеточный центр. Клеточный центр можно наблюдать в клетках, способных делиться. Он состоит из двух палочковидных телец – центриолей. Находясь около ядра и комплекса Гольджи, клеточный центр участвует в процессе деления клетки, в образовании веретена деления.
Энергетические органоиды. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. Такое название обуславливается тем, что именно в митохондриях происходит извлечение энергии, заключённой в питательных веществах. Форма митохондрий изменчива, но чаще всего они имеют вид нитей или гранул. Размеры и число их также непостоянны и зависят от функциональной активности клетки.
На электронных микрофотографиях видно, что митохондрии состоят из двух мембран: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана образует выросты, называемые кристами, которые сплошь устланы ферментами. Наличие крист увеличивает общую поверхность митохондрий, что важно для активной деятельности ферментов.
