Морфология клетки

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. 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. Эти клетки имеют ядро и органоиды, выполняющие специфические функции.

 Ниже показана  схема строения клетки и её составляющие.

А теперь позвольте  мне перейти к реферату, в котором я расскажу о них чуть более подробно…    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Строение  клетки (схема)

I. 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.

  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. 

Они 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.

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.