Естествознание

РОССИЙСКИЙ ЦЕНТР ГУМАНИТАРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Реферат по естествознанию.

тема:

«Клетка»

Студентки 1-го курса,

группы 2,

Прокопенко Е.В.

Преподователь:

Гужов Ю.Л.

г. Москва, 1997 г.

План:

Введение

Строение и функции оболочки клетки

Оболочка клеток

Плазматическая мембрана

Фагоцитоз

Цитоплазма

Эндоплазматическая сеть

Рибосомы

Митохондрии

Пластиды

Аппарат Гольджи

Лизосомы

Клеточный центр

Клеточные включения

Ядро

Химический состав клетки. Неорганические вещества

Атомный и молекулярный состав клетки

Содержание химических элементов в клетке (таблица)

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.

Схема строения животной клетки по данным электронного

микроскопа.

Митохондрии

Эндоплазматическая сеть

Клеточная мембрана

Центриоли

Аппарат Гольджи

Ядерный сок

Ядерная оболочка

Ядрышко

Ядро

Лизосома

Цитоплазма

Пиноцитозный пузырек