Строение клетки живых организмов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

…………………………………….

КАФЕДРА……………………….. 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

по дисциплине: Естествознание

на тему:  «Строение клетки живых организмов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст.гр…………….

Проверил:….……………… 
 
 
 

Чита 2011 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 
 
 

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

2. Понятие термина «клетка»…………………………………………………4

3. История открытия клетки………………………………………………….6

4. Типы клеточной организации………………………………………………8

5. Строение клетки живых организмов:

     5.1 Клеточные мембраны………………………………………………...10

      5.2. Цитоплазма и ее органеллы………………………………………..11

5.3 Строение и функции основных органелл клетки………………………….12

6. Заключение…………………………………………………………………17

7. Список  использованных источников……………………………………..18 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Человечество  всегда стремилось узнать, что такое  жизнь, живое. Одним из шагов человечества в познании тайн живого стало изучение клетки, образующей живой организм. 
    Утверждение о том, что биология и другие смежные науки сегодня уже достигли вершины своего развития, разгадав все тайны природы, не выдерживает никакой критики. Особенность данных наук в том и состоит, что, как только находится ответ на один вопрос, возникают сотни новых. «Вершины» науки, покоренные десять и даже пять лет назад, уже перешли в область истории – но ни в коем случае не устарели, ведь они служат фундаментом для новых достижений.

     Исследования  клетки, её строение  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. Вот почему изучение строения, химического состава, обмена веществ и всех проявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, но также в медицине и ветеринарии.

     Именно  поэтому столь актуально изучение строения клетки– возможно, это поможет разгадать их тайны, пока скрытые от нашего разума.  
 
 
 

Понятие термина «клетка»

Наука о клетке называется цитологией (от греч. cytos — клетка и logos — наука). Цитология относится к числу биологических наук, она изучает структуру (строение) и функции (жизнедеятельность) клетки.

      Клетка – это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система  биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

      Клетка  — элементарная живая система и основная форма организации живой материи: она усваивает пищу, способна существовать и расти, может разделиться на две, каждая из которых содержит генетический материал, идентичный исходной клетке. Клетка — это один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живого.

     Между клетками растений и животных нет  принципиальной разницы по строению и функциям, некоторые отличия  лишь в строении мембран и некоторых органелл. За 3 млрд. лет существования на Земле живое вещество развилось до нескольких миллионов видов, но все они — от бактерий до высших животных — состоят из клеток. Среди живого есть одно- и многоклеточные организмы. Вирусы — неклеточные организмы, они размножаются в чужих клетках.

      Клетки  могут быть различной формы в  зависимости от исполняемой 

функции; они  объединяются в ткани, органы, целые  структуры (мозг,

печень, кости, кожу и т.д.). Размеры клеток варьируют  от 3-10 до 100 мкм (1 мкм = 0,001 м). Реже встречаются клетки размером менее 1–3 мкм. 
          В организме клетки связаны друг с другом для выполнения различных функций и задач: одни синтезируют ферменты, другие накапливают сахар или жир, составляют скелет или отвечают за связь (например, нервные клетки), на каких-то клетках лежит ответственность за защиту организма. Чтобы быть полноценной частичкой целого организма, большинство клеток обладают одинаковой наследственной информацией, сходными ресурсами и сходным внутриклеточным аппаратом.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

История открытия клетки

     Открытие  клетки принадлежит английскому  естествоиспытателю Р. Гуку, который в 1665 г. впервые рассмотрел тонкий срез пробки в усовершенствованном им микроскопе. На срезе было видно, что пробка имеет ячеистое строение, подобно пчелиным сотам. Эти ячейки Р. Гук назвал клетками. Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили итальянский врач и  микроскопист М. Мальпиги (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682). Их внимание привлекли форма клеток и строение их оболочек. В результате было дано представление о клетках как о «мешочках» или «пузырьках», наполненных «питательным соком».

     Значительный  вклад в изучение клетки внес голландский  микроскопист        А. Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы - инфузории, амебы, бактерии. Он также впервые наблюдал животные клетки - эритроциты крови и сперматозоиды.                                                                                     

     Дальнейшее  усовершенствование микроскопа и интенсивные микроскопические исследования привели к установлению французским ученым Ш. Бриссо-Мирбе (1802,1808) того факта, что все растительные организмы образованы тканями, которые состоят из клеток. Еще дальше в обобщениях пошел французский ученый Ж. Б. Ламарк (1809), который распространил идею Бриссо-Мирбе о клеточном строении и на животные организмы. В начале XIX в. предпринимаются попытки изучения внутреннего содержимого клетки. В 1825 г. чешский ученый Я. Пуркине открыл ядро в яйцеклетке птиц. В 1831 г. английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833 г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки. Таким образом, в это время меняется представление о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а ее содержимое.

     Многочисленные  наблюдения по строению клетки, обобщение  накопленных данных позволили немецкому зоологу Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд обобщений, которые впоследствии назвали клеточной теорией. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой.

     Дальнейшее  развитие клеточной теории получило в работах Р. Вирхова (1858), который предположил, что клетки образуются из предшествующих материнских клеток. В 1874 г. Русским ботаником И. Д. Чистяковым, а в 1875 г. польским ботаником Э. Страсбургером было открыто деление клетки - митоз и, таким образом, подтвердилось предположение Р. Вирхова.

     Создание  клеточной теории стало важнейшим  событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основы для понимания жизни, индивидуального развития, для объяснения эволюционной связи между организмами.

     Клеточная теория включает следующие основные положения:

•1.  Клетка - элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению, является единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.

•2.  Клетки всех живых организмов гомологичны по строению, сходны по химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.

•3.  Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.

•4.  В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и системы органов, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции. 
 
 
 
 

Типы клеточной организации

      Все клетки живых организмов подразделяются на два вида с учетом их строения и функций в живых организмах: прокариоты (лат. pro — перед и греч. karyon — ядро), или предъядерные клетки, и эукариоты (греч. еу — полностью, хорошо и karyon — ядро).

     Простейшие  организмы, представленные одной или  небольшим числом клеток, состоят  из клеток прокариотов. Прокариоты (доядерные) - это мелкие (около 1 мкм) клетки гораздо меньше эукариотных. В клетках прокариотов нет оформленного ядра и ядерной оболочки. Генетический материал ДНК - лежит свободно в цитоплазме. Прочие функциональные блоки тоже представлены небольшими макромолекулярными комплексами без оболочек. К прокариотам относятся все бактерии и так называемые сине-зеленые водоросли. Клетки бактерий и сине-зеленых водорослей не имеют мембранных органелл, присущих эукариотам (ЭР, комплекса Гольджи, митохондрий, пластид, дисозом). Единственной внутренней мембранной структурой является мезосома, о функциональном значении которой нет единого мнения. Полагают, что она участвует в процессах дыхания.

      Большинство клеток прокариотов имеют размер около 1 —5 мкм. Средний размер эукариотической  клетки имеет диаметр около 25 мкм (1 мм—103 мкм или 109 нм). Таким образом, в эукариотическую клетку может  поместиться более 10 тысяч бактерий.

      Эукариоты (с настоящим ядром) - крупные (10-50 и более мкм) клетки, в которых ДНК в форме хромосом заключена в ядре и большинство рабочих структур, ферментов организовано в изолированных органоидах (или органеллах). Все эукариотические клетки имеют одинаковое строение: ядро с оболочкой, цитоплазма с органоидами и оболочка.

      Изолирующую роль для ядра и органоидов (органелл) выполняют такие же липидно-белковые мембраны, как и мембрана клеточной поверхности. Эукариотную организацию имеют одноклеточные простейшие (амеба, инфузория и другие) и клетки многоклеточных организмов: грибов, растений, животных, включая человека.  
 
 
 
 
 
 

Строение  клетки живых организмов

     Клетка  любого организма представляет собой  целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра.

     • цитоплазма – представляет  собой  коллоидную систему, содержащую, наряду с органическими ионами, продукты пластического и энергетического  обмена, органеллы, а также запасные вещества и различные включения;

     • клеточная  или плазматическая  мембрана – отделяет цитоплазму от окружающей среды,

     •  клеточное ядро, в котором находится генетический материал клетки. 

Клеточные мембраны

     Клеткам присуще мембранное строение — это одно из положений клеточной теории. Среди мембранных органоидов — наружная цитоплазматическая мембрана, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды. В основе всех этих органелл лежит биологическая мембрана, все они имеют единый план строения. Мембранные структуры — арена важнейших жизненных процессов.

      Биологическая мембрана (клеточная или плазматическая) — пленка, покрывающая клетку, и  настолько тонкая, что ее удалось  обнаружить лишь с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. Все мембраны построены по одному плану, всегда слоистые. Клеточная мембрана, помимо барьерной функции, обеспечивает обмен между цитоплазмой и внешней средой, из которой в клетку поступают вода, ионы, различные молекулы, а выводятся продукты обмена веществ и синтезированные в клетке вещества.

      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.

     Все биологические мембраны, в том  числе и плазматическая, имеют общие свойства и структурные особенности. Они представляют собой двойной слой липидов, гидрофобные хвосты которых обращены внутрь, а гидрофильные головки — наружу.

     Не  следует думать, что мембрана представляет собой жесткую структуру — большая часть белков и липидов, входящих в ее состав, способны перемещаться, главным образом в плоскости мембраны. Мембраны асимметричны, т. е. липидный и белковый состав обоих слоев различен. К тому же плазматические мембраны многих животных клеток имеют снаружи так называемый слой гликокаликса, состоящий из полисахаридов, прикрепленных к молекулам белка, и выполняющий, главным образом, сигнальную и рецепторную функции. Он играет важную роль в объединении клеток в ткани. 

      Цитоплазма  и ее органеллы

     Внутреннее  содержание клетки представлено цитоплазмой и расположенными в ней органоидами (или органеллами).

     Цитоплазма — это живая часть клетки, помимо ее ядра. Снаружи она окружена клеточной мембраной, а внутри — ядерной. Пространство между ядром и внутренней поверхностью плазматической мембраны заполнено нитями клеточного матрикса, который определяет форму клетки и принимает участие в функциях, связанных с движением (деление клетки и ее перемещения, внутриклеточный транспорт везикул и органелл).

     Цитоплазма  создает условия для осуществления  физиологических реакций клетки и протекания биохимических процессов. Такое свойство цитоплазмы, как буферность, позволяет клетке осуществлять свою жизнедеятельность и поддерживать внутреннее постоянство среды при изменении внешней, а постоянное движение – осуществлять связь между органоидами. 

Строение  и функции основных органелл клетки

     Органеллы — это рабочие субстанции клетки, выполняющие те или иные функции: производят энергию или приводят клетку в движение, служат для разделения клетки на области (или для выделения внутри нее областей) с разными условиями и содержат разные наборы молекул. К органеллам относятся ядро, эндоплазматический ретикулум, рибосомы, лизосомы, митохондрии, жгутики, комплексы Гольджи, хлоропласты.

     Ядро содержит полимерные молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой закодирована вся информация о данном виде, и является хранителем генетической информации. В ряде одноклеточных организмов, называемых прокариотическими, ядро может отсутствовать. Роль хранителя генетической информации в них играет нуклеотид, не имеющий оболочки и состоящий из одной ДНК размером 1—5 мкм. Клетки, имеющие четко выраженные ядра, отделенные мембраной от остальной цитоплазмы, называются эукариотическими, их размер — 10—50 мкм. Размеры органелл составляют от 20 нм до 5 мкм (рибосомы —20 нм, ядра, митохондрии, хлоропласты - 1—5 мкм).

      Ядро  — основная часть клетки. От остальной части цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой, состоящей из двух слоев плазматической мембраны. Наружная мембрана переходит непосредственно в эндоплазматический ретикулум.

      В ядре различают ядрышко, кариоплазму и хроматин. Под электронным микроскопом ядро беспорядочно зернисто, а в одной его части зернистость резко возрастает, образуя ядрышко (иногда их несколько) — скопление рибосомальных белков и частей рибосом (рРНК), в основе которого лежит участок хромосомы, определяющий ее структуру и несущий ген. В растительных и животных клетках ДНК присутствует в виде структур размером около 1 мкм — хромосом (от греч. chroma — цвет, краска), число которых постоянно для каждого вида.

      Ядрышко – сферическая структура, ее функция – синтез РНК, из которой состоят рибосомы. Хромосомы представляют собой молекулы ДНК, связанные с белками.

      Кариоплазма — жидкая фаза ядра, в которой находятся растворенные продукты жизнедеятельности.

        Ядру, содержащему хромосомы (с ДНК), принадлежит ведущая роль в явлениях наследственности.

      Главными  функциями ядра являются:

      1. Хранение генетической информации  и передача ее дочерним клеткам  в процессе деления.

      2. Контроль жизнедеятельности клетки  путем определения, какие белки  и в каких количествах должны  синтезироваться.

      Эндоплазматический ретикулум (ЭР) — это система внутриклеточных мембран, формирующих цистерны и каналы, разделяющие цитоплазму клетки на изолированные пространства компартменты. Это нужно для того, чтобы разделить множество параллельно идущих реакций. В зависимости от функционального состояния клетки мембраны ЭР подвергаются процессам сборки и разборки. Кроме того, эндоплазматическая сеть служит местом образования цистерн для аппарата Гольджи.

     Аппарат Голъджи (пластинчатый комплекс) представляет собой стопку из 5—30 уплощенных канальцев (цистерн), которые связаны друг с другом многочисленными пузырьками, отшнуровывающимися от ЭР. С помощью этих пузырьков, выполняющих транспортные функции, молекулы вещества, предназначенные для удаления из клетки и упакованные в гранулы, выводятся за пределы клетки.

     Функция данного органоида — транспорт и химическая модификация поступающих в него веществ. Кроме того, пластинчатый комплекс содержит собственные системы синтеза сложных углеводов из простых сахаров. Аппарат Гольджи представляет собой динамическую структуру, участвующую в потоке клеточных мембран. Он является промежуточным звеном между мембранами ЭР и плазмалеммой (наружная часть комплекса расходуется в процессе отшнуровывания пузырьков, а внутренняя постепенно формируется эндоплазматическим ретикулумом).

      В структуре Аппарата Гольджи  (АГ) образуются лизосомы. В железистых клетках неподалеку от диктосом, на которые может распадаться структура АГ, особенно много митохондрий.

      Лизосомы — мембранные пузырьки, содержащие литические ферменты гидролазы — протеазы, липазы, фосфотазы. Ферменты лизосом могут переваривать как поступившие в клетку путем эндоцитоза продукты, так и отдельные составные части клетки (а иногда ее целиком – автолиз). Лизосомы отшнуровывающиеся от аппарата Гольджи, куда поступают ферменты, синтезированные в ЭР, называются первичными лизосомами. Они могут сливаться с пузырьками эндоцитоза или мембранами, окружающими ненужную структуру, образуя вторичные лизосомы, в которых происходит процесс переваривания и лизис содержащихся в них продуктов.

      Митохондрии (отгреч. mitos — нить + chondrion — зернышко, крупинка) — в большинстве случаев палочковидной формы органоиды, размером несколько мкм. Митохондрии наблюдали в световой микроскоп как самые крупные клеточные органеллы. Их содержимое — матрикс, окружено двумя мембранами. Внутренняя образует многочисленные гребневидные складки, называемые кристами.

      Митохондрии содержат мультиферментные системы, рибосомы и небольшое количество ДНК, чаще всего в виде кольцевых молекул. Они входят в состав любой клетки, по строению похожи на клетки прокариот, имеют округлую форму, а при соединении нескольких рядом могут выглядеть как нити длиной менее 1 мкм. Внутри митохондрий находятся окислительные ферменты, РНК, небольшое количество ДНК, чаще всего в виде кольцевых молекул, и рибосомы, отличающиеся от цитоплазматических.

      Митохондрии называют «энергетическими станциями» клетки, так как в них образуются молекулы АТФ, аккумулирующие энергию в виде химических связей.

     Жгутики — белковые органеллы, отходящие от поверхности клетки в виде вытянутых отростков длиной 1—20 мкм. С помощью жгутика клетка перемещается в жидкой среде. Т.е. это органоиды движения

      Рибосома является сложной органеллой, в которой происходит синтез белка из аминокислот. Рибосомы – это мелкие органеллы, представленные глобулярными частицами диаметром порядка 20 нм, состоящими из двух субъединиц неравного размера – большой и маленькой. Состав рибосом состоит из комплекса молекулярных белков и рибонуклеиновой кислоты (РНК), синтезируемой в ядрышке. Рибосомы могут свободно находиться в цитоплазме, либо   прикрепляться к ЭР. На них происходит синтез белковых молекул.

      В клетках растений имеются пластиды (хлоропласты, хромопласты и лейкопласты), которые тоже имеют двухмембранное строение, как и митохондрии.

      Пластиды – органеллы, окруженные оболочкой, состоящей из двух мембран. Образуются из пропластид – мелких телец, находящихся в меристематических клетках корней и побегов. В пластидах различают более или менее развитую мембранную систему и внутреннее содержимое, представленное гомогенным веществом – строму. По типу содержащихся в них пигментов пластиды делятся на хлоропласты, хромопласты, лейкопласты.

      Хлоропласты (от греч. chloros — зеленый + plastos — вылепленный, образованный) — особые органеллы в растительных клетках, в которых протекает процесс фотосинтеза.

      Пигмент, окрашивающий их в зеленый цвет и  поглощающий энергию солнечного света, назван хлорофиллом (от греч. ...phyllon — лист). При его участии хлоропласты синтезируют из воды и двуокиси углерода глюкозу — основное органическое вещество, которым питается все живое. Без процесса фотосинтеза вряд ли была бы возможна жизнь. С помощью электронного микроскопа установлено, что хлоропласт окружен двойной мембранной оболочкой, как и митохондрии. В ней заключено основное вещество — строма (от греч. stroma — подстилка), заполненная множеством пластинчатых структур — ламелл, которые расположены парами, на концах слипаются и окружают каждую цистерну, в хлоропластах сильно утолщены. В строме видны и крупные белые гранулы — крахмальные зерна; значит, здесь продукт фотосинтеза — глюкоза — сразу же переводится в нерастворимый крахмал. Выяснение связи структуры хлоропластов с их функциями важно для осуществления реакции фотосинтеза «в пробирке» и возможности управлять этим процессом, что явится одним из шагов на пути избавления человечества от забот о пропитании.

      Как и митохондрии, хлоропласты содержат рибосомы и собственную ДНК и  обладают способностью делиться. Помимо основной функции этих пластид (осуществление фотосинтеза) они участвуют в синтезе аминокислот и жирных кислот и служат хранилищем временных запасов крахмала.

      Хромопласты – пластиды, содержащие пигменты каратиноиды, придающие им красную, желтую и оранжевую окраску. Могут развиваться из хлоропластов, которые при этом теряют хлорофилл и внутренние мембрановые структуры и накапливают каратиноиды. Эти явления происходят при созревании плодов. В цветах яркая окраска хромопластов может служить для привлечения насекомых.

      Лейкопласты – непигментные, и, следовательно, бесцветные пластиды. Некоторые из них синтезируют  и накапливают крахмал (аминопласты), другие способны к образованию и  запасанию липидов и белков (элайопласты  и протеинопласты). На свету лейкопласты  могут превращаться в хлоропласты. 
 

Заключение

     Таким образом, можно сделать вывод, что  клетка обладает рядом жизненных  свойств: обменом веществ, раздражимостью, ростом и размножением, подвижностью, на основе которых осуществляется функции целого организма. Из клеток состоят все живые организмы. Клетка  является  основным  «кирпичиком жизни». Вне клетки жизни нет. Клетка обладает как бы полнотой свойств жизни, что позволяет ей как самостоятельной единице живого существовать и отдельно: изолированные клетки многоклеточных организмов могут жить и размножаться в питательной среде.

     Изучение строения, химического состава, обмена веществ и всех проявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, но также в медицине, ветеринарии и других смежных науках. Исследования клетки, её строение  имеют большое значение для разгадки заболеваний, т.к. именно в клетках начинают развиваться патологические изменения, приводящие к возникновению заболеваний. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников 

1. Концепции современного естествознания: Учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления / А.П. Садохин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006.

2. Либерман Е.А.  «Живая клетка». М.: ООО «Издательство АСТ» 2001 -862с