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.
