Клеточная теория

Клеточная теория

Клеточная теория – одно из выдающихся обобщений биологии прошлого столетия, давшее основу для материалистического  подхода к пониманию жизни, к  раскрытию эволюционных связей между  организмами.

Клеточная теория сохранила свое значение и в настоящее время. Она была неоднократно проверена и дополнена  многочисленными материалами о  строении, функциях, химическом составе, размножении и развитии клеток разнообразных  организмов. 
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.

Строение клетки

Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система.

Клетки всех организмов имеют единый план строения, в котором чётко  проявляется общность всех процессов  жизнедеятельности. Сами клетки находятся  в межклеточном веществе, обеспечивающем их механическую прочность, питание  и дыхание. Основные части любой  клетки – цитоплазма и ядро.

Клетка покрыта мембраной, состоящей  из нескольких слоёв молекул, обеспечивающей избирательную проницаемость веществ. В цитоплазме расположены мельчайшие структуры – органоиды. К органоидам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр.

Ядро.

Ядро – самый заметный и самый  большой органоид клетки, который  первым привлёк внимание исследователей. Клеточное ядро было открыто в 1831г. шотландским учёным Робертом Брауном. Ядро можно сравнить с кибернетической  системой, где имеет место хранение, переработка и передача в цитоплазму огромной информации, заключённой в  очень малом объёме. Ядро играет главную роль в наследственности. Ядро выполняет также функцию  восстановления клеточного тела(регенерация), является регулятором всех жизненных отправлений клетки. Форма ядра чаще всего шарообразная или яйцевидная.

Важнейшей составной частью ядра является хроматин – вещество, хорошо окрашивающееся ядерными красками.

Ядро отделено от цитоплазмы двойной  мембраной, которая непосредственно  связана с эндоплазматической сетью  и комплексом Гольджи. На ядерной мембране присутствуют поры, которые (как и через наружную цитоплазматическую мембрану) одни вещества проходят легче, чем другие, т.е. поры обеспечивают избирательную проницаемость мембраны.

Внутреннее содержимое ядра составляет ядерный сок, заполняющий пространство между структурами ядра. В ядре всегда присутствует одно или несколько  ядрышек. В ядрышке образуются рибосомы. Поэтому между активностью клетки и размером ядрышек существует прямая связь: чем активнее протекают процессы биосинтеза белка. Тем крупнее ядрышки, и наоборот, в клетках, где синтез белка ограничен, ядрышки или очень невелики, или совсем отсутствуют.

В ядре расположены нитевидные образования  – хромосомы. В ядре клетки тела человека(кроме половых) содержится по 46 хромосом. Хромосомы являются носителями наследственных задатков организма, передающихся от родителей потомству.

Большинство клеток содержит одно ядро, но существуют и многоядерные клетки (в печени, в мышцах и др.). Удаление ядра делает клетку нежизнеспособной.

Мембрана.

Если рассматривать в микроскоп  клетку какого-нибудь растения, например, корешка лука, то видно, что она  окружена сравнительно толстой оболочкой. Оболочка совсем другой природы хорошо видна у гигантского аксона кальмара. Но не оболочка выбирает какие вещества пускать, а какие не пускать в аксон. Оболочка клетки служит как бы дополнительным «земляным валом», который окружает и защищает главную крепостную стену – клеточною мембрану с её автоматическими воротами, насосами, специальными «наблюдателями», ловушками и другими удивительными приспособлениями.

«Мембрана – крепостная стена клетки», но только в том смысле, что она  ограждает и защищает внутреннее содержимое клетки. Растительную клетку можно отделить от наружно оболочки. Можно разрушить оболочку у бактерий. Тогда может показаться, что они  вообще ничем не отделены от окружающего  раствора – это просто кусочки  студня с внутренними включениями.

Новые физические методы, прежде всего  электронная микроскопия, не только позволили с несомненностью установить наличие мембраны. Но и рассмотреть  некоторые её детали.

Внутреннее содержимое клетки и  её мембрана состоят в основном из одних и тех же атомов. Эти атомы  – углерод, кислород, водород, азот – расположены в начале таблицы  Менделеева. На электронной фотографии тонкого среза клетки мембраны видны  в виде двух тёмных линий. С этих снимков может быть точно измерена толщина мембраны.

Итак, клеточная мембрана – очень  мелкое молекулярное сито. Однако мембрана – весьма своеобразное сито. Её поры скорее напоминают длинные узкие  проходы в крепостной стене средневекового города. Высота и ширина этих проходов в 10 раз меньше длины. Кроме того, в этом сите отверстия встречаются  осень редко – поры у некоторых  клеток занимают только одну миллионную часть площади мембраны. Это соответствует  всего одному отверстию на площади  обычного волосяного сита для просеивания  муки, т.е. с обычной точки зрения мембрана вовсе не сито.

Цитоплазма.

Цитоплазма – полужидкая слизистая  бесцветная масса, содержащая 75-80% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3% жиров и липидов, 1% неорганических и других веществ. Цитоплазматическое содержимое клетки способно двигаться, что способствует оптимальному размещению органоидов, лучшему протеканию биохимических  реакций, выделению продуктов обмена и т.д.. Слой цитоплазмы формирует различные образования: реснички, жгутики, поверхностные выросты.

В состав цитоплазмы входят вещества белковой природы. Во многих клетках, например у амёб, в клетках различных  эпителиев, гиалоплазма(основное вещество цитоплазмы) содержит тончайшие нити, которые могут переплетаться и образовывать структуры, напоминающие войлок. Эти нитевидные (фибриллярные) связаны с выполнением механической функции: они образуют нечто подобное внутреннему скелету клетки. Фибриллы цитоплазмы не принадлежат к числу постоянных структур: они могут появляться и исчезать при различных состояниях клетки.

Цитоплазма пронизана сложной  сетчатой системой, связанной с наружной плазматической мембраной и состоящей  из сообщающихся между собой канальцев, пузырьков, уплощённых мешочков. Такая  сетчатая система названа вакуолярной системой.

Органоиды клетки

Цитоплазма содержит ряд мельчайших структур клетки – органоидов, которые  выполняют различные функции. Органоиды  обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Эндоплазматическая  сеть. Название этого органоида отражает его место расположения в центральной части цитоплазмы. ЭПС представляет собой очень развёрнутую систему канальцев, трубочек, пузырьков, цистерн разной величины и формы, отграниченных мембранами от цитоплазмы клетки.

ЭПС бывает двух видов: гранулярная, т.е. состоящая из канальцев и цистерн, поверхность которых усеяна зёрнышками(гранулами) и агранулярная, т.е. гладкая(без гран). Граны в эндоплазматической сети есть ни что иное, как рибосомы. В клетках зародышей животных наблюдается в основном гранулярная ЭПС, а у взрослых форм – агранулярная. Зная, что рибосомы в цитоплазме служат местом синтеза белка, можно предположить, что гранулярная ЭПС преобладает в клетках. Активно синтезирующих белок. Считается, что агранулярная сеть в большей степени предоставлена в тех клетках, где идёт активный синтез липидов(жиров и жироподобных веществ).

Оба вида ЭПС не только участвуют  в синтезе органических веществ, но и накапливают и транспортируют их к местам назначения, регулируют обмен веществ между клеткой  и окружающей её средой.

Рибосомы. Рибосомы – не мембранные клеточные органоиды, состоящие из рибонуклеиновой кислоты и белка. Их внутреннее строение во многом ещё остаётся загадкой. В электронном микроскопе они имеют вид округлых или грибовидных гранул.

Каждая рибосома разделена желобком на большую и малую части(субъединицы). Часто несколько рибосом объединяются нить специальной рибонуклеиновой кислоты(РНК), называемой информационной(иРНК). Рибосомы осуществляют уникальную функцию синтеза белковых молекул из аминокислот.

Комплекс  Гольджи. Продукты биосинтеза поступают в просветы полостей и канальцев ЭПС, где они концентрируются в специальный аппарат – комплекс Гольджи, расположенный вблизи ядра. Комплекс Гольджи участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки, в формировании лизосом и т.д.

Комплекс Гольджи был открыт итальянским цитологом Камилио Гольджи и в 1898г. был назван «комплексом(аппаратом) Гольджи». Белки, выработанные в рибосомах, поступают в комплекс Гольджи, а когда они требуются другому органоиду, то часть комплекса Гольджи отделяется, и белок доставляется в требуемое место.

Лизосомы. Лизосомы – это органоиды клетки овальной формы, окружённые однослойной мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, углеводы, липиды. В случае повреждения лизосомной мембраны ферменты начинают расщеплять и разрушать внутреннее содержимое клетки, и она погибает.

Клеточный центр. Клеточный центр можно наблюдать в клетках, способных делиться. Он состоит из двух палочковидных телец – центриолей. Находясь около ядра и комплекса Гольджи, клеточный центр участвует в процессе деления клетки, в образовании веретена деления.

Энергетические  органоиды. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. Такое название обуславливается тем, что именно в митохондриях происходит извлечение энергии, заключённой в питательных веществах. Форма митохондрий изменчива, но чаще всего они имеют вид нитей или гранул. Размеры и число их также непостоянны и зависят от функциональной активности клетки.

На электронных микрофотографиях видно, что митохондрии состоят  из двух мембран: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана образует выросты, называемые кристами, которые сплошь устланы ферментами. Наличие крист увеличивает общую поверхность митохондрий, что важно для активной деятельности ферментов.

В митохондриях обнаружены свои специфические  ДНК и рибосомы. В связи с  этим они самостоятельно размножаются при делении клетки.

Пластиды – особые органоиды растительных клеток, в которых осуществляется синтез различных веществ, и в первую очередь фотосинтез. В цитоплазме клеток высших растений имеется три основных типа пластид: зелёные пластиды – хлоропласты; окрашенные в красный, оранжевый и другие цвета – хромопласты; бесцветные пластиды – лейкопласты. Все эти типы пластид могут переходить один в другой.

Хлоропласты – по форме напоминают диск или шар с двойной оболочкой – наружной и внутренней. Внутри хлоропласта также имеются ДНК, рибосомы и особые мембранные структуры – граны, связанные между собой и внутренней мембраной хлоропласта. В мембранах гран и находится хлорофилл. Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение солнечного света в химическую энергию АТФ(аденозитрифосфат). Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза углеводов из углекислого газа и воды.

Хромопласты обычно окрашены в жёлтый, оранжевый, красный или бурый  цвета. Сочетания хромопластов, содержащих разные пигменты, создаёт большое  разнообразие окрасок цветков и  плодов растений.

Лейкопласты – бесцветны, местом их локализации служат неокрашенные части растений.

Органоиды движения. Многие клетки одноклеточных и многоклеточных организмов обладают способностью к движению. Под этим понимается движение клетки в пространстве и внутриклеточное движение её органоидов. В жидкой среде движение клеток осуществляется движением жгутиков и ресничек, так перемещаются многие одноклеточные. Некоторые другие простейшие организмы, а также специализированные клетки многоклеточных передвигаются с помощью выростов, образующихся на поверхности клеток. Клетка находится в постоянном движении. Клеточное движение обеспечивается цитоскелетом, состоящем из микротрубочек, микронитей и клеточного центра. Микротрубочки – это длинные полые цилиндры, стенки которых состоят из белков. Микронити – очень тонкие структуры, состоящие из тысяч молекул белка, соединенных друг с другом.

Клеточные включения

К клеточным включениям относятся  белки, жиры и углеводы.

Белки. Белки являются основными веществами клетки, Белки состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Часто в состав белка входит фосфор. Белки служат главным строительным материалом. Они участвуют в формировании мембран клетки, ядра, цитоплазмы, органоидов. Многие белки выполняют роль ферментов(ускорителей течения химических реакций). Будучи продуктами жизнедеятельности живых организмов, белки обеспечивают возможность их существования, развития, созревания и воспроизведения себе подобных. В одной клетке насчитывается до тысячи разных белков. При распаде белков в организме освобождается примерно такое же количество энергии, как и при расщеплении углеводов.

Все эти вещества накапливаются  в цитоплазме клетки в виде капель и зёрен различной величины и  формы. Они периодически синтезируются  в клетке и используются в процессе обмена веществ.

Роль белков в организме человека чрезвычайно разнообразна. Белки  отличаются видовой, тканевой и индивидуальной специфичностью. Каждый белок при  введении в организм теплокровного  животного, в том числе и человека, вызывает образование антител, то есть обладает антигенными свойствами.