докажите что клетка структурная и функциональная единица живых организмов
Клетка как структурная и функциональная единица жизни #46
Цитология
Цитология (cytos – клетка, logos – наука) – наука, изучающая химический состав, строение и функции клеток, их размножение, развитие и взаимодействие в многоклеточном организме.
Основные задачи цитологии: дальнейшее изучение строения и функции клеток и их компонентов (мембран, органоидов, включений, ядра), деления клеток, возможностей их приспособления к изменениям условий окружающей среды, взаимоотношений между клетками многоклеточного организма.
Методы исследования
В цитологии применяются различные методы исследования. С их помощью можно: изучать морфологию клеток и их компонентов (световая, люминесцентная и электронная микроскопия), устанавливать химический состав и локализацию химических веществ в клетке (гистохимические методы), изучать химический состав и протекание биохимических реакций в клетках (биохимические методы), выделять отдельные компоненты клеток для дальнейшего изучения (дифференциальное центрифугирование), устанавливать пространственную конфигурацию и физические свой‘ ства макромолекул (рентгеноструктурный анализ), изучать процессы деления клеток и ход реакций матричного синтеза (авторадиография).
Основные положения клеточной теории
Основоположниками клеточной теории являются М. Шлейден, Т. Шванн и Р. Вирхов. Основные положения современной клеточной теории:
Биологическая мембрана
Эукариотическая клетка представляет собой элементарную живую систему, состоящую из трех основных структурных компонентов оболочки, цитоплазмы и ядра.
Биологическая (элементарная) мембрана имеет толщину 6 — 10 нм и при рассмотрении под электронным микроскопом выглядит трехслойной. Наружный и внутренний слои мембраны (темные) образованы молекулами белков, а средний (светлый) – бимолекулярным слоем липидов (преимущественно фосфолипиды). Липидные молекулы расположены строго упорядоченно: гидрофильные концы молекул обращены к белковым слоям, а гидрофобные – друг к другу. Белковые молекулы по отношению к липидному слою могут располагаться по-разному: большинство их находится на наружной и внутренней поверхностях билипидного слоя (периферические белки), часть молекул пронизывает один слой липидных молекул (полуинтегральные белки), а часть – оба слоя липидных молекул (интегральные белки). Такая структура мембран обеспечивает их свойства:
Биологическая мембрана обладает избирательной проницаемостью, которая обусловлена особенностями ее строения. Большинство интегральных белковых молекул, пронизывающих оба липидных слоя, являются ферментами. Они образуют гидрофильные поры, через которые проходят водорастворимые вещества. В липидном слое мембран могут растворяться и проходить через них гидрофобные вещества.
Большую роль в обеспечении избирательного поступления веществ через мембраны играет надмембранный комплекс – гликокаликс (преимущественно разветвленные молекулы гликопротеинов, распопоженные на поверхности мембран), большинство из которых представляют собой рецепторы, воспринимающие («узнающие») определенные химические вещества, окружающие клетку. Гликокаликс обеспечивает взаимоотношения клеток многоклеточного организма, иммунный ответ и другие реакции.
Функции биологической мембраны:
Цитоплазматическая мембрана
Цитоплазматическая мембрана – плазмалемма – биологическая мембрана, покрывающая цитоплазму клетки и обеспечивающая обменные процессы клетки с окружающей средой. Плазмалемма образует выросты, выпячивания, складки, микроворсинки, которые многократно увеличивают поверхность клетки. Наружная поверхность мембран животных клеток может быть покрыта муцином (гликопротеин), слизью или хитином, растительных – целлюлозой или пектиновыми веществами, образующими оболочку растительной клетки.
Плазмалемма выполняет следующие основные функции:
Транспортировка веществ в клетку
Вещества в клетку могут поступать пассивным и активным транспортом. При пассивном транспорте (ионы, мелкие молекулы, вода) поступление веществ идет по градиенту концентрации (простая диффузия и осмос) без затраты энергии. При облегченной диффузии белки-переносчики временно соединяются с молекулой вещества и проводят его через мембрану.
При активном транспорте идет перемещение веществ против градиента концентрации с затратой энергии АТФ с помощью белков-пермеаз. Через плазмалемму в клетку могут поступать не только мелкие молекулы или ионы, но и крупные молекулы и даже частицы (эндоцитоз). При этом мембрана окружает частицу, края ее смыкаются и частица оказывается в мембранном пузырьке в цитоплазме. Такой способ поглощения твердых частиц называется фагоцитозом, а капель жидкости – пиноцитозом. Выведение веществ из клетки называется экзоцитозом. Эти процессы протекают с затратой энергии АТФ.
Цитоплазма
Цитоплазма содержит гиалоплазму, цитоскелет, органоиды и включения.
Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс) на 85% состоит из воды и на 10% из белков. Остальной объем приходится на долю липидов, углеводов, РНК и минеральных солей. Гиалоплазма имеет однородную мелкозернистую структуру, обеспечивает вязкость, эластичность, сократимость и движение цитоплазмы. Она представляет собой коллоидный раствор и является внутренней средой клетки, где протекают реакции обмена.
В цитоплазме клеток расположен цитоскелет‚ образованный развитой сетью белковых нитей (филаментов), способных сокращаться. В зависимости от диаметра филаменты делят на: микрофиламенты (диаметром 6 — 8 нм), промежуточные волокна (около 10 нм) и микротрубочки (около 25 нм). Цитоскелет заполняет пространство между ядерной оболочкой и плазмалеммой. Он определяет форму клетки и участвует в различных движениях самой клетки (например, при делении) и во внутриклеточном перемещении органоидов и отдельных соединений.
Включения – это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Различают трофические, секреторные и экскреторные включения. Трофические включения представляют собой запасы питательных веществ. В растительных клетках это жир, крахмальные и белковые зерна, в животных – гликоген и капли жира. Секреторные включения являются продуктами жизнедеятельности клеток желез внешней и внутренней секреции (гормоны, ферменты, слизь). Экскреторные включения представляют собой продукты обмена веществ в растительных и животных клетках (кристаллы щавелевой кислоты, щавелевокислого кальция и др.), подлежащие выведению из клетки.
Органоидные клетки
Органоиды – это постоянные специализированные участки цитоплазмы клетки, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции в клетке. Органоиды общего назначения: митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы‚ клеточный центр, лизосомы и пластиды (характерны для большинства клеток). Органоиды специального назначения характерны для специализированных клеток: миофибриллы – в мышечных клетках; жгутики, реснички, пульсирующие и пищеварительные вакуоли – в клетках протистов. Большинство органоидов имеет мембранное строение. Немембранными органоидами являются рибосомы и клеточный центр.
Эндоплазматическая сеть
Эндоплазматическая сеть (ретикулум) представлена системой каналов, образованных биологическими мембранами и пронизывающих гиалоплазму клетки. Имеются два типа эндоплазматической сети – гладкая (агранулярная) и шероховатая (гранулярная), на мембранах последней расположены рибосомы. Функции ЭПС: на мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез жиров и углеводов, шереховатая ЭПС принимает также участие в синтезе белков; каналы ЭПС соединяют между собой все органоиды и ядро с цитоплазмой и выполняют транспортную функцию; мембраны ЭПС делят клетку на отсеки, изолирующие различные ферментные системы.
Рибосомы
Рибосомы – мелкие сферические тельца (от 15 до 35 нм), состоящие из большой и малой субъединиц, содержащие преимущественно белки и р-РНК. Субъединицы рибосом образуются в ядрышках и через поры ядерной мембраны поступают в цитоплазму, где располагаются на мембранах эндоплазматической сети, на наружной ядерной мембране, свободно в цитоплазме, в митохондриях и пластидах. Они содержатся в клетках всех типов. Функция рибосом: участие в сборке белковых молекул.
Комплекс Гольджи
Комплекс (аппарат) Гольджи обнаруживается под световым микроскопом в виде сложной сети, расположенной вокруг ядра. Электронномикроскопические исследования показали, что комплекс Гольджи состоит из биологических мембран и напоминает стопку наложенных друг на друга рулонов. Они образуют узкие каналы, расширяющиеся на концах в цистерны, от которых отпочковываются пузырьки. Основные функции комплекса Гольджи: концентрация, обезвоживание, уплотнение веществ, предназначенных для выведения из клетки; образование лизосом и сборка сложных комплексов органических веществ (например, липопротеинов).
Лизосомы
Лизосомы – органоиды клеток шаровидной формы диаметром от 0,2 до 1 мкм. Их стенка образована биологической мембраной. Они содержат около 40 гидролитических ферментов, способных расщеплять белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Функции лизосом: переваривание пищевых веществ и бактерий, поступивших в клетку; разрушение временных органов эмбрионов и личинок и отмирающих в процессе жизнедеятельности структурных компонентов клеток.
Митохондрии
Митохондрии видны под световым микроскопом в виде гранул, палочек, нитей величиной от 0,5 до 7 мкм. При исследовании под электронным микроскопом установлено, что стенка митохондрий состоит из двух мембран наружной гладкой и внутренней, образующей выросты – кристы‚ которые вдаются во внутреннее гомогенное содержимое митохондрии (матрикс). В матриксе имеется автономная система биосинтеза белков: митохондриальная ДНК, рибосомы и различные виды РНК. В митохондриях имеются ферментные системы, обеспечивающие аэробный этап энергетического обмена. Основные функции митохондрий: окисление веществ, синтез АТФ и специфических белков.
Пластиды
Пластиды – органоиды растительных клеток. Их делят на три группы – хлоропласты (зеленые), хромопласты (желтые или оранжевые) и лейкопласты (бесцветные). Пластиды имеют сходное строение и при определенных условиях могут переходить из одного вида в другой. Хромопласты содержат пигменты (каротиноиды), придающие окраску цветкам и плодам. В лейкопластах синтезируются и накапливаются запасные питательные вещества (крахмал, белки, жиры).
Хлоропласты
Хлоропласты по форме напоминают двояковыпуклую линзу размером 5 — 10 мкм и содержат зеленый пигмент хлорофилл. Стенка хлоропласта образована двумя мембранами. Внутри находится бесструктурное содержимое – строма. Строма пронизана системой параллельно расположенных элементарных мембран, являющихся продолжением внутренней мембраны и называемых тилакоидами стромы. В отдельных участках несколько тилакоидов, лежащих друг над другом, образуют грану – замкнутую полость диаметром около 0,3 мкм (тилакоиды гран). В мембранах тилакоидов стромы и гран содержится хлорофилл и другие пигменты, где и протекает световая фаза фотосинтеза, а в строме – темновая. В строме хлоропластов имеется автономная система синтеза белков (ДНК, разные виды РНК и рибосомы).
Основные функции хлоропластов: фотосинтез и синтез специфических белков.
Клеточный центр
Кгеточный центр (центросома) расположен вблизи ядра и состоит из двух мелких гранул центриолей, окруженных лучистой сферой (центросферой). С помощью электронного микроскопа установлено, что каждая центриоль представляет собой цилиндрическое тельце длиной 0,3 — 0‚5 мкм и диаметром 0,15 мкм, состоящее из 27 микротрубочек, сгруппированных по три в 9 групп. Функции центросомы: образование полюсов и веретена деления при митозе и мейозе.
Вакуоли и органоиды движения
Вакуоли представляют собой участки гиалоплазмы растительных клеток и протистов, ограниченные элементарной мембраной. У растений они содержат клеточный сок и поддерживают тургорное давление. Вакуоли протистов подразделяют на пищеварительные и сократительные. Органоиды движения клеток представлены жгутиками и ресничками. Они содержат по 20 микротрубочек, образующих 9 пар по периферии и две одиночные, расположенные в центре. Жгутики и реснички покрыты элементарной мембраной. У основания органоидов движения расположены базальные тельца, образующие микротрубочки. Реснички и жгутики служат для передвижения бактерий, протистов, ресничных червей и сперматозоидов. Реснички мерцательного эпителия дыхательных путей освобождают их от попавших частиц.
Вы будете перенаправлены на Автор24
Организмы, имеющие клеточное строение, являются основными прогрессивными формами жизни на планете.
Клетка – это элементарная структурная единица организмов, которая представляет дифференцированный участок цитоплазмы, окружённый клеточной мембраной.
Функционально клетка является основным структурным, функциональным и воспроизводительным элементом живой материи.
Клетки существуют и как самостоятельные организмы, и в составе многоклеточных организмов.
Организм бактерий, некоторых водорослей (хламидомонада, хлорелла), низших грибов (мукор, дрожжи) и простейших животных (амёба, эвглена, инфузории и т.п.) состоит только из одной клетки, выполняющей все функции многоклеточного организма – дыхание, движение, питание, размножение и т. п. Тело большинства видов растений и животных образовано огромным количеством клеток, специализированных на выполнение определённых функций. Такие группы клеток образуют различные ткани.
Строение и значение клеток
Хотя клетки тканей имеют различное строение и выполняют разные функции, им характерно много общих морфологических особенностей (сформированное ядро, подобный набор органоидов) и подобных функциональных свойств (использование и превращение энергии, биосинтез белков, процессы размножения), что свидетельствует о единстве происхождения живых организмов планеты, о единообразии всего органического мира.
Готовые работы на аналогичную тему
Основными структурными элементами типичной клетки являются: плазматическая мембрана, цитоплазма с разнообразными органоидами, ядро. Для растительных клеток характерно также наличие вакуоли, хорошо оформленной целлюлозной оболочки и различного типа пластиды.
Клетки отличаются друг от друга:
по биохимическим характеристикам – при отсутствии в специализированных клетках пигмента хлорофилла или бактериохлорофилла процесс фотосинтеза станет невозможным;
по функциям – различают клетки двух типов: гаметы и соматические – клетки тела различных типов.
Большинство клеток многоклеточного организма имеют размеры от 10 до 100 мкм, а мельчайшие – 2 – 4 мкм.
Большие размеры у некоторых растительных клеток с большими вакуолями в цитоплазме: клетки мякиша арбуза, лимона (их можно увидеть невооружённым глазом). Очень большие размеры (в диаметре до нескольких сантиметров) присущи яйцеклеткам птиц и некоторым рыбам. Одного метра и больше достигают иногда отростки нервных клеток.
У животных размеры клетки не зависят от размера тела.
Клетки печени мыши и лошади почти одинакового размера.
Обычно в организме очень большое количество клеток. Лишь отдельные многоклеточные организмы имеют небольшое количество клеток.
Организм таких сравнительно больших животных, как коловратки, состоит всего из 400 клеток. У позвоночных животных и человека самыми многочисленными являются клетки крови и головного мозга
Небольшие размеры и значительное количество клеток создают у многоклеточных животных огромную поверхность, что имеет значение для обеспечения быстрого обмена веществ.
Получи деньги за свои студенческие работы
Курсовые, рефераты или другие работы
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 04 12 2021
Современная клеточная теория включает следующие положения:
1. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка – структурная, функциональная единица живого, основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;
2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.
3. Размножение клеток происходит путём их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.
4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
5. Клеточное строение организмов – свидетельство того, что все живые организмы имеют единое происхождение.
Современная клеточная теория включает следующие положения:
1. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка – структурная, функциональная единица живого, основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;
2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.
3. Размножение клеток происходит путём их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.
4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
5. Клеточное строение организмов – свидетельство того, что все живые организмы имеют единое происхождение.
Строение клетки. Клеточная теория. Органоиды
Содержание
Все живые организмы состоят из клеток.
Что такое клетка?
Клетка – структурная и функциональная единица живого организма.
То есть клетка является мельчайшей единицей, из которой состоит организм. В то же время каждая клетка обеспечивает все процессы необходимые для поддержания жизнедеятельности организма.
Впервые клетки обнаружил английский ученый Роберт Гук. Рассматривая кору пробкового дуба в микроскоп, Гук заметил, что пробка состоит из маленьких ячеек, которые он и назвал клетками. На самом деле Гук не видел живых клеток как таковых, он наблюдал лишь их клеточные стенки (о которых мы обязательно поговорим в этом уроке).
Клеточная теория
С момента открытия интерес вокруг живых клеток и их строения не утихал. Так в середине XIX века Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали несколько утверждений о единстве строения и развития жизни.
Так появилась клеточная теория, одно из важнейших биологических обобщений. Теория утверждает следующее:
I. Все организмы состоят из клеток. Таким образом, клетка – основная структурная и функциональная единица.
II. Клетки всех живых организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.
III. Каждая новая клетка образуется только в результате деления другой (материнской) клетки.
IV. В многоклеточных организмах клетки специализируются по функциям и образуют ткани.
V. Клетки многоклеточного организма содержат одинаковую генетическую информацию.
Строение клетки
Ядро – основной компонент клетки, место хранения, обработки и передачи наследственной информации.
Однако не все живые клетки содержат ядро. Например, прокариоты – это организмы, клетки которых не имеют ядер. Их наследственный материал свободно плавает в клеточной цитоплазме. К прокариотам относятся бактерии и археи, о которых мы поговорим в уроках по систематике.
Прокариоты (греч. pro – до, karyon – ядро) – это организмы, клетки которых не имеют ядер.
Эукариоты (греч. eu – хорошо, полностью, karyon – ядро) – это организмы, клетки которых содержат ядра.
Снаружи ядро окружено двойной оболочкой. Внутренняя оболочка более гладкая, а внешняя пронизана многочисленными отверстиями, ядерными порами. Следовательно, оболочка с одной стороны отграничивает ядро от всей остальной клетки, а с другой осуществляет транспорт внутрь ядра, и из него. Внутри ядро заполнено ядерным матриксом, который выполняет связующую, транспортную, регуляторную и опорную функции.
Ядро обычно располагается по центру клетки в цитоплазме.
Цитоплазма
Цитоплазма – это желеобразный раствор, занимающий весь остальной объем клетки.
Цитоплазмой образована внутренняя среда клетки, в которой располагаются разнообразные клеточные органеллы.
Клеточные органеллы
Органелла (органоид) – это клеточная структура определенного строения, выполняющая определенную функцию.
Имейте в виду, что разные клетки могут отличаться друг от друга по составу, поэтому мы познакомимся с двумя условными типами живых клеток: растительной и животной.
Сначала обсудим клеточные органоиды общие для обоих типов клеток.
Рибосомы
Рибосомы – очень маленькие немембранные органеллы, состоящие из двух частей (субъединиц) разного размера.
Функция – образование белков.
Энлоплазматический ретикулум
Эндоплазматический ретикулум или эндоплазматическая сеть (ЭПР или ЭПС) – это система мелких канальцев и цистерн, ограниченных мембраной.
В клетке присутствует ЭПС двух типов: гладкая и шероховатая. На поверхности шероховатой ЭПС располагаются уже знакомые вам рибосомы, образующие различные белки.
Гладкая ЭПС с рибосомами не связана, на ней преимущественно образуются углеводы и жиры.
Функции:
Комплекс Гольджи
Аппарат Гольджи (АГ) – органоид в виде стопки уплощенных цистерн, окруженных одинарной мембраной.
Если с одного края аппарата Гольджи цистерны непрерывно образуются, то другой они отщепляются в виде пузырьков.
Функции:
Лизосома
Лизосома – органелла округлой формы, окруженная одинарной мембраной.
Внутри у этих органелл находится большое количество разнообразных ферментов. В связи с этим, лизосомы способны разрушать различные структуры и молекулы.
Таким образом, функцией лизосом является клеточное “пищеварение”.
Пероксисома
Пероксисома – округлое тельце, окруженное одинарной мембраной.
Все пероксисомы содержат особый фермент, осуществляющий разложение перекиси водорода. На первый взгляд это может показаться удивительным, но в живых клетках перекись образуется в достаточно больших количествах. Это может быть опасно для клетки и ее структур. Пероксисомы разлагают перекись и так защищают клетку.
В домашних условиях можно провести простой эксперимент на обнаружение фермента пероксисомы. Попробуйте капнуть немного перекиси водорода на кусочек свежего огурца. Жидкость сразу же вспенится. Это перекись разложилась до газа и воды под действием ферментов пероксисомы.
Митохондрия
Митохондрии – двумембранные органоиды разнообразной формы.
Внешняя мембрана митохондрий – гладкая, внутренняя образует многочисленные выпячивания (кристы).
Внутри митохондрия заполнена матриксом, желеобразной субстанцией более вязкой, чем цитоплазма.
Митохондрия
В клетке митохондрии ответственны за клеточное «дыхание» и образование энергии.
Дело в том, что в матриксе митохондрии находятся особые ферменты. Они способны разрушать одни вещества и одновременно образовывать другие соединения богатые энергией.
Митохондрии – крайне удивительные органеллы. Внутри каждой митохондрии находится свой наследственный материал и собственные рибосомы.
Строение растительной клетки. Особые органеллы
Вакуоль
Большую часть объема растительной клетки занимает большая центральная вакуоль. Это мешкообразная органелла, окруженная одинарной мембраной под названием тонопласт.
Внутри вакуоль концентрированным раствором различных водорастворимых веществ (клеточным соком). Клеточный сок давит на стенку вакуоли изнутри, не давая ей уменьшаться в объеме.
Как следствие, вакуоль распирает цитоплазму клетки, и цитоплазма прижимается к стенкам клетки и давит на них изнутри, не давая клетке “скукожиться”. Так вакуоль регулирует объем клетки и поддерживает внутреннее давление клетки, так называемый тургор.
Хлоропласт
Хлоропласт – клеточный органоиды, окруженный двумя мембранами.
Внешняя мембрана хлоропласта – гладкая, внутренняя образует мешкообразные структуры (тилакоиды). На мембране тилакоидов располагается зеленый пигмент хлорофилл, именно он придает различным частям растений их характерный зеленый цвет.
В свою очередь тилакоиды собираются в стопки (граны), объединенные мембраной (ламеллой).
Хлоропласт
Хлоропласты очень важны для растений, ведь в них происходит фотосинтез.
Фотосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических.
Как и у митохондрий, у хлоропластов есть собственные рибосомы и наследственный материал.
В заключение нашего знакомства с клеточными структурами стоит упомянуть плазматическую мембрану. Все вышеперечисленные органеллы, ядро и цитоплазма покрыты ею снаружи. Подобно барьеру мембрана отделяет внутреннее содержимое клетки от окружающей среды. Мембрана отнюдь не монолитна, вся ее поверхность пронизана каналами, через которые могут проходить вещества и частицы определенных размеров.
Ко всему прочему, растительные клетки дополнительно укреплены жесткой клеточной стенкой, которая прилегает к плазматической мембране снаружи.
Клеточная стенка состоит преимущественно из целлюлозы. О ней вы наверняка слышали в рамках советов о правильном питании, целлюлоза – это та самая клетчатка столь полезная для пищеварения.