Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественнонаучные основы физической культуры (Биология). Курс лекций
.pdf
о соответствии в структуре и росте животных и растений. В этой ра
v> Г \ v>
боте были изложены основы клеточной теории.
Основные положения клеточной теории Т. Шванна:
1) клетка является главной структурной единицей всех организ
мов (растительных и животных);
2) процесс образования клеток обусловливает развитие и диффе-
ренцировку растительных и животных тканей.
В настоящее время общеизвестно, что новые клетки появляются
путем деления существующих.
Клеточная теория стала крупнейшим обобщением естествознания
19 века. Закон сохранения энергии, эволюционная теория Ч. Дарвина,
клеточная теория - три основных научных достижения прошлого ве
ка. Клеточная теория дала новый толчок развитию эволюционного
учения и явилась утверждением материалистических представлений
во всех областях биологии и медицины.
Дальнейшее развитие клеточной теории было отражено в трудах
немецкого патолога Р. Вирхова. В 1858 году вышла его книга «Цел-
люлярная патология». Патологический процесс в организме Р. Вирхов
связывал с морфологическими структурами и с изменениями в строе
нии клеток. До Вирхова основы всех болезней связывали с изменени
ем состава жидкостей и борьбой нематериальных сил организма -
доброго и злого начал.
Положение Вирхова - «каждая клетка из клетки»- подтвердилось
всем дальнейшим развитием биологии. У Вирхова и Шванна были
ошибки. Они полагали, что организм - это сумма составляющих его
клеток. Это заблуждение развил Э. Геккель.
Рудольф Вирхов (1821-1902) немецкий
учёный второй половины XIX столетия, врач,
патологоанатом, гистолог, физиолог, один из
основоположников клеточной теории в био
логии и медицине, основоположник теории
клеточной патологии в медицине; был извес
тен также как археолог, антрополог и палео
нтолог.
11
По Геккелю, многоклеточный организм - это «государство кле
ток, в котором каждая живет своей собственной жизнью». В науке то
го периода существовало ошибочное мнение, что патологический
процесс в организме это локальный (местный) процесс. Русские уче
ные И. М. Сеченов, С. П. Боткин и И. П. Павлов критиковали концеп
цию Вирхова и утверждали, что организм единое целое, в котором
объединяющая роль принадлежит нервной системе.
Концепция Р. Вирхова, за исключением указанных ошибок, легла
в основу современных представлений о клетке. В конце 19 века бла
годаря развитию микроскопической техники было обнаружено слож
ное строение клетки, описаны клеточные структуры и их функции. В
начале 20 века была расшифрована роль клеточных структур в пере
даче наследственных свойств.
Клеточное строение биосистем - это единство дискретного и це
лого. Благодаря клеточному строению организм, являясь дискретным,
сохраняет целостность. Для осуществления обмена веществ очень
важно, что организм состоит из клеток, обладающих большими по
верхностями. В условиях организма без нарушения жизнедеятельно
сти происходит постепенная замена отмирающих клеток на новые.
Только клеточная структура обеспечивает наилучшим образом ре
продукцию и передачу наследственной информации, разделение
функций между клетками в многоклеточном организме обеспечило
широкие возможности приспособления биосистем к среде обитания и
явилось предпосылкой усложнения организации.
Клеточная теория
В 1665 г. Р. Гук впервые обнаружил растительные клетки. В 1674
г. А. Левенгук открыл животную клетку. В 1839 г. Т. Шванн и М.
Шлейден сформулировали клеточную теорию. Основным положени
ем клеточной теории было то, что клетка является структурной и
функциональной основой живых систем. Но они ошибочно считали,
что клетки образуются из бесструктурного вещества. В 1859г. Р. Вир
хов доказал, что новые клетки образуются лишь путем деления пред
шествующих.
Основные положения клеточной теории:
1) клетка является структурной и функциональной единицей все
го живого. Все живые организмы состоят из клеток;
12
2) все клетки в основном сходны по химическому составу и об
менным процессам;
3) новые клетки образуются путем деления уже существующих;
4) все клетки одинаковым образом хранят и реализуют наследст
венную информацию;
5) жизнедеятельность многоклеточного организма в целом обу
словлена взаимодействием составляющих его клеток.
Строение клетки
Клетка - элементарная биологическая система, способная к са
мообновлению, самовоспроизведению и развитию. Каким бы много
образным ни представлялось строение организмов, в основе его лежат
сходные структуры - клетки. Современная жизнь вне связи с клеткой
невозможна. Вне клетки не существует и настоящей жизнедеятельно
сти. (Например, вирусы). Клетка составляет основу строения, функ
ций и развития (генезиса) всех живых существ, поэтому клетка и яв
ляется элементарной генетической единицей. Среди современных ор
ганизмов можно последовательно проследить формирование клетки в
процессе эволюции органического мира (филогенеза) - от прокариот,
таких, как микоплазмы и дробянки (общее название бактерий и сине
зеленых водорослей) до высших форм растений и животных. Занимая
положение элементарной единицы жизни, клетка отличается слож
ным строением, которое по-разному реализуется у про- и эукариот.
Современные прокариоты - сборная группа организмов с различ
ными типами обмена веществ и средами обитания. Это исключитель
но экологически пластичная группа, что обусловлено особенностями
организации и пластичностью прокариотического генома. К прока
риотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Прокариоты от
эукариот отличаются следующим: у них нет мембранных органелл,
имеющихся в эукариотической клетке (митохондрий, эндоплазмати-
ческой сети, лизосом, комплекса Гольджи, хлоропластов). Самое же
важное отличие заключается в том, что у них нет окруженного мем
браной ядра (рис. 1). ДНК прокариот представлена одной свернутой
кольцевой молекулой. У прокариот отсутствуют и центриоли клеточ
W W т г
ного центра, поэтому они никогда не делятся митозом. Для них ха
рактерен амитоз - прямое быстрое деление.
13
Рис. 1. Схема строения прокариотической клетки.
Эукариотические клетки (рис.2) - это клетки одноклеточных и
многоклеточных организмов.
Рис. 2. Строение эукариотической клетки (животной).
Они состоят из трех главных составных частей:
- клеточной мембраны, окружающей клетку и отделяющей ее от
внешней среды;
- цитоплазмы, содержащей воду, минеральные соли, органиче
ские соединения, органеллы и включения;
- ядра, в котором находится генетический материал клетки.
Наружная клеточная мембрана присуща всем клеткам (живот
ным и растительным), имеет толщину около 7,5 (до 10) нм и состоит
14
из молекул липидов и белка. В настоящее время распространена жид
костно-мозаичная модель построения клеточной мембраны (рис. 3).
Согласно этой модели молекулы липидов расположены в два слоя,
причем своими водоотталкивающими концами (гидрофобными - жи
рорастворимыми) они обращены друг к другу, а водорастворимыми
(гидрофильными) - к периферии. В липидный слой встроены белко
вые молекулы. Некоторые из них находятся на внешней или внутрен
ней поверхности липидной части, другие - частично погружены или
пронизывают мембрану насквозь.
гликокаликс щ
( полисахариды) X
молекул лилид ов\
два слоя
белки I 1
цитоплазма — - —._-Г
Рис. 3. Строение мембраны клетки.
Функции мембран:
- защитная, пограничная, барьерная;
- транспортная;
- рецепторная - осуществляется за счет белков - рецепторов, которые
обладают избирательной способностью к определенным веществам
(гормонам, антигенам и др.), вступают с ними в химические взаимо
действия, проводят сигналы внутрь клетки;
- участвуют в образовании межклеточных контактов;
- обеспечивают движение некоторых клеток (амебовидное дви
жение).
У животных клеток сверху наружной клеточной мембраны име
ется тонкий слой гликокаликса. Это комплекс углеводов с липидами и
углеводов с белками. Гликокаликс участвует в межклеточных взаи
модействиях. Точно такое же строение имеют цитоплазматические
мембраны большинства органелл клетки.
У растительных клеток снаружи от цитоплазматической мембра
ны расположена клеточная стенка, состоящая из целлюлозы.
15
Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану.
Механизм транспорта веществ в клетку и из нее зависит от разме
ров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы проходят через
мембраны путем пассивного и активного транспорта. Перенос макромо
лекул и крупных частиц осуществляется за счет образования окружен
ных мембраной пузырьков и называется эндоцитозом и экзоцитозом.
Пассивный транспорт происходит без затрат энергии АТФ по гради
енту концентраций путем диффузии, осмоса, облегченной диффузии.
Диффузия - транспорт молекул и ионов через мембрану из об
ласти с высокой в область с низкой их концентрацией, т. е. вещества
поступают по градиенту концентрации. Если вещества хорошо рас
творимы в жирах, то они проникают в клетку путем простой диффу
зии. Диффузия воды через полупроницаемые мембраны называется
осмосом. Вода способна проходить также через мембранные поры,
образованные белками, и переносить молекулы и ионы растворенных
в ней веществ.
Вещества, нерастворимые в жирах и не проходящие через поры,
транспортируются с помощью белков-переносчиков, также находя
щихся в мембране, через ионные каналы, образованные в мембране
белками. Это облегченная диффузия (транспорт через ионные кана
лы). Например, поступление глюкозы в эритроциты происходит пу
тем облегченной диффузии.
Активный транспорт веществ через мембрану осуществляется
против градиента концентрации и происходит с затратой энергии
АТФ, при участии белков-переносчиков. Белки-переносчики обеспе
чивают активный транспорт через мембрану таких веществ, как ами
нокислоты, сахар, ионы калия, натрия, кальция и др. Примером ак
тивного транспорта может быть работа калий-натриевого насоса.
Концентрация К+ внутри клетки в 10-20 раз выше, чем снаружи, а
концентрация Na+ наоборот.
Транспорт веществ может осуществляться путем эндоцитоза и
экзоцитоза.
Эндоцитоз - проникновение веществ внутрь клетки. При эндоци-
тозе плазматическая мембрана образует впячивание или выросты, ко
торые затем обволакивают вещество и отшнуровываясь, превращают
ся в пузырьки.
16
Различают два типа эндоцитоза (рис. 4):
1) фагоцитоз - поглощение твердых частиц (клетки фагоциты),
2) пиноцитоз - поглощение жидкого материала. Пиноцитоз ха
рактерен для амебоидных простейших.
Рис. 4. Схема фаго- и пиноцитоза.
Путем экзоцитоза различные вещества выводятся из клеток: из
пищеварительных вакуолей удаляются непереваренные остатки пи
щи, из секреторных клеток выводится их жидкий секрет.
Цитоплазма - (цитоплазма + ядро образуют протоплазму). Цито
плазма состоит из водянистого основного вещества (цитоплазматиче
ский матрикс, гиалоплазма, цитозоль) и находящихся в нем разнооб
разных органелл и включений.
Включения - продукты жизнедеятельности клеток. Выделяют 3
группы включений - трофического, секреторного (клетки желез) и
специального (пигмент) значения.
Органеллы - это постоянные структуры цитоплазмы, выполняю
щие в клетке определенные функции.
Выделяют органеллы общего значения и специальные. Специ
альные встречаются в большинстве клеток, но в значительном коли
честве присутствуют только в клетках, выполняющих определенную
функцию. К ним относятся микроворсинки эпителиальных клеток
кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, жгутики, миофиб-
риллы (обеспечивающие сокращение мышц и др.).
17
К органеллам общего значения относят эндоплазматическую сеть
(ЭПС), комплекс Гольджи, митохондрии, рибосомы, лизосомы, цен-
триоли клеточного центра, пероксисомы, микротрубочки, микрофи-
ламенты. В растительных клетках - пластиды, вакуоли. Органеллы
общего значения можно подразделить на имеющие мембранное и не
мембранное строение.
Органеллы, имеющие мембранное строение, бывают двумем
бранные и одномембранные. К двумембранным относят митохондрии
и пластиды. К одномембранным - эндоплазматическая сеть, комплекс
Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли.
Органеллы, не имеющие мембран: рибосомы, клеточный центр,
микротрубочки, микрофиламенты.
Митохондрии - это органеллы округлой или овальной формы
(рис. 5). Они состоят из двух мембран: внутренней и наружной. Внут
ренняя мембрана имеет выросты - кристы, которые разделяют мито
хондрию на отсеки. Отсеки заполнены веществом - матриксом. В
матриксе содержатся ДНК, иРНК, тРНК, рибосомы, соли кальция и
магния. Здесь происходит автономный биосинтез белка. Основной же
функцией митохондрий является синтез энергии и накопления ее в
молекулах АТФ. Новые митохондрии образуются в клетке в результа
те деления старых.
Рис. 5. Строение митохондрии.
18
Пластиды - органеллы, встречающиеся преимущественно в рас
тительных клетках. Они бывают трех типов: хлоропласты, содержа
щие пигмент зеленого цвета; хромопласты (пигменты красного, жел
того, оранжевого цвета); лейкопласты (бесцветные).
Хлоропласты, благодаря зеленому пигменту хлорофиллу, спо
собны синтезировать органические вещества из неорганических, ис
пользуя энергию солнца.
Хромопласты придают яркую окраску цветам и плодам.
Лейкопласты способны накапливать запасные питательные ве
щества: крахмал, липиды, белки и др.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) представляет собой сложную
систему вакуолей и каналов, которые ограничены мембранами. Раз
личают гладкую (агранулярную) и шероховатую (гранулярную) ЭПС
(рис. 6). Гладкая не имеет на своей мембране рибосом. В ней проис
ходит синтез липидов, липопротеидов, накопление и выведение из
клетки ядовитых веществ. Гранулярная ЭПС имеет рибосомы на мем
бранах, в которых синтезируются белки. Затем белки поступают в
комплекс Гольджи, а оттуда наружу.
Рис. 6. Схема строения эндоплазматической сети.
Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) представляет собой стопку
уплощенных мембранных мешочков - цистерн и связанную с ними
систему пузырьков (рис. 7). Стопка цистерн называется диктиосома.
19
Рис. 7. Строение комплекса Гольджи.
Функции комплекса Гольджи: модификация белков, синтез поли
сахаридов, транспорт веществ, формирование клеточной мембраны,
образование лизосом.
Лизосомы - представляют собой окруженные мембраной пузырьки,
содержащие ферменты. Они осуществляют внутриклеточное расщепле
ние веществ и подразделяются на первичные и вторичные. Первичные
лизосомы содержат ферменты в неактивной форме. После попадания в
органеллы различных веществ происходит активация ферментов и на
чинается процесс переваривания - это вторичные лизосомы.
Пероксисомы имеют вид пузырьков, ограниченных одной мем
браной. Они содержат ферменты, которые расщепляют токсичную
для клеток перекись водорода.
Вакуоли - это органеллы клеток растений, содержащие клеточный
сок. В клеточном соке могут находиться запасные питательные вещест
ва, пигменты, отходы жизнедеятельности. Вакуоли участвуют в созда
нии тургорного давления, в регуляции водно - солевого обмена.
Рибосомы - органеллы, состоящие из большой и малой субъеди
ниц (рис. 8). Могут находиться или на ЭПС или же располагаться
свободно в клетке, образуя полисомы. Они состоят из рРНК и белка и
образуются в ядрышке. В рибосомах происходит биосинтез белка.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]