Концепция клеточного строения. Почему именно клетки?

Клеточная теория была сформулирована после более трехсотлетнего периода накопления знаний о строении различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных. Накопление знаний зависело от развития оптических методов исследований.

Известно, что Роберт Гук (1665) первым наблюдал с помощью увеличительных линз ткани пробки, и которые он подразделил на «ячейки», или «клетки».

После его наблюдений появились систематические исследования анатомии растений (Мальпиги, 1671; Грю, 1671), которые показали, что разнообразные части растений состоят из тесно расположенных «пузырьков», или «мешочков». В 1680 году А.

Левенгук впервые увидел одноклеточные организмы и клетки животных (эритроциты). Позднее клетки животных были описаны Ф. Фонтана (1781).

С развитием микроскопирования в 19 в. изменились представления о строении клеток. Главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а собственно ее содержимое, протоплазма (Пуркиня, 1830). В протоплазме был открыт постоянный компонент клетки – ядро (Браун, 1833).

Эти и многочисленные другие наблюдения позволили в 1838 г. немецкому ученому Т. Шванну сделать ряд обобщений, в которых он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой (гомологичны). Эти представления получили дальнейшее развитие в работах русского ученого Р.

Вирхова (1858).

Клеточная теория – это обобщенные представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов. Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы.

В настоящее время клеточная теория утверждает:

1. Клетка – элементарная единица живого.

2. Клетка – единая система, состоящая из сопряженных функциональных единиц.

3. Клетки по строению и по основным свойствам сходны (гомологичны).

4. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки (клетка от клетки).

5. Многоклеточный организм — сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов.

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, т.е. равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их дифференцировке.

Клетка – элементарная единица живого.Первое представление о клетке как о самостоятельной жизнедеятельной единице, которая несет в себе полную характеристику жизни, было дано в работах Т. Шванна. К настоящему времени наукой это положение полностью доказано. Клетка – это наименьшая единица живого, вне которой нет жизни.

Нет меньшей единицы живого, чем клетка. Из клетки можно выделить отдельные ее компоненты и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями.

Например, вне клетки участвуют в синтезе или распаде сложных биоорганических молекул многие ферменты, рибосомы при обеспечении необходимых факторов синтезируют белок и т.д.

Однако все эти клеточные компоненты нельзя считать живыми, так как обладают лишь частью набора свойств живого.

Только клетка как таковая является наименьшей единицей, обладающей всеми вместе взятыми свойствами, отвечающими определению «живое».

Что же такое клетка? Ченцов Ю.С.

клетке даёт следующее общее определение:«Клетка – это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом».

Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток.

К наиболее простому типу строения относят клетки бактерий и синезеленых водорослей (прокариотические или доядерные клетки), к более высокоорганизованному – клетки всех остальных живых существ, начиная от низших растений и кончая человеком (эукариотические или собственно ядерные).У последних обязательной структурой служит клеточное ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Прокариотические клетки одеты плазматической мембраной с расположенной снаружи от неё клеточной стенкой, выполняющего роль барьера между собственно цитоплазмой клетки и внешней средой. Особенно сильно цитоплазматические мембраны развиты у синезеленых водорослей.

За счет плазматической мембраны у прокариот развиваются все внутриклеточные мембранные системы.

Отличительным признаком прокариотических клеток является отсутствие морфологически выраженного ядра вместо которого присутствует зона, заполненная ДНК илинуклеоид.

Концепция клеточного строения. Почему именно клетки?

У эукариотических клеток кроме ядра в цитоплазме находится набор органелл. К их числу относят мембранные структуры: системы эндоплазматическго ретикулума, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды (для клеток растений) и немембранные структуры: микротрубочки, микрофиламенты, центриоли (для клеток животных) и др.

Следующим отличием являются размеры клеток. Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических. Например, палочковидные бактерии имеют толщину около 1 мкм, в то время как эукариотические клетки в поперечнике могут достигать десятков мкм.

Одновременно с этим прокариотические и эукариотические клетки имеют много общего, что позволяет отнести их к клеточной, системе организации живого. Все они имеют плазматическую мембрану, схожие перенос веществ через мембрану, синтез белка на рибосомах, синтез РНК и репликацию ДНК, биоэнергетические внутриклеточные процессы.

Клетка – единая система сопряженных функциональных единиц. Клетка как наименьшая единица живого содержит в себе множество типов внутриклеточных структур, выполняющих разнообразные функции. Каждая из функций является обязательной, без выполнения которой клетка не может существовать.

В этом отношении клетка похожа на многоклеточный организм, который обеспечивает свое собственное существование и воспроизведение. В зависимости от выполнения своих специфических функций клетку условно делят на отдельные компоненты. В эукариотических клетках выделяют ядро и цитоплазму.

В свою очередь в цитоплазме выделяют гиалоплазму или цитозоль и органеллы. Все органеллы делят на мембранные и немембранные.

Мембранные органеллы подразделяют на одномембранные (вакуолярная система, включающая в себя эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, эндо- и экзоцитозные вакуоли, лизосомы, пероксисомы) и двумембранные (митохондрии и пластиды). К немембранным органеллам относят рибосомы и систему цитоскелетных фибрилл.

Каждая из этих морфологических образований представляет собой отдельную систему или подсистему функционирования.

Клеточное ядро является системой хранения, воспроизведения и реализации генетической информации, гиалоплазма – системой основного промежуточного обмена, рибосомы – клеточными машинами синтеза белка, цитоскелет – опорно-двигательной системой, вакуолярная система – системой синтеза и внутриклеточного транспорта белковых биополимеров и источником клеточных мембран, митохондрии – органеллами энергообеспечения клетки, пластиды – системой синтеза АТФ и фотосинтеза, плазматическая мембрана – барьерно-рецепторно-транспортной системой клетки.

Аналогичные системы имеются и у прокариот. У них выделяют цитозоль, рибосомы, некоторые элементы цитоскелета, плазматическая мембрана, кроме выполнения пограничной роли участвует в процессах синтеза АТФ и фотосинтеза.

Все эти системы и подсистемы клетки находятся во взаимосвязи и взаимозависимости, образуют интегрированное единство. Повреждение любой из них может привести к гибели всей системы в целом.

Гомологичность клеток. Клетки организмов как растительного, так и животного происхождения имеют сходство по коренным свойствам и отличие по второстепенным или гомологичны.

Гомологичность строения клеток наблюдается внутри каждого из типов клеток: прокариотическом и эукариотическом. Одновременное сходство строения и разнообразие форм позволяет все клеточные функции грубо подразделить на две группы: обязательные и факультативные.

Обязательные функции, направлены на поддержание жизнеспособности самих клеток.

Так, у всех прокариотических клеток ДНК нуклеоида обеспечивает генетические свойства клеток, рибосомы цитоплазмы – единственные аппараты синтеза полипептидных цепей.

В результате приспособленности к условиям среды обитания прокариотические клетки отличаются друг от друга устройством клеточной стенки, количеством и структурой цитоплазматических выростов, свойствами внутриклеточных вакуолей и мембранных скоплений и др. Однако общее строение прокариотических клеток постоянно.

Аналогичная картина отмечается и для эукариотических клеток. У клеток растений и животных имеется сходство не только в микроскопическом строении этих клеток, но и в деталях строения их отдельных компонентов.

Строение и функции внутриклеточных структур также определяются гомологичностью общеклеточных функций, связанных с поддержанием самой живой системы (синтез нуклеиновых кислот и белков, биоэнергетика клетки и т.д.).

Одновременно с этим существует разнообразие клеток даже в пределах одного многоклеточного организма. Например, по форме мало похожи друг на друга мышечная и нервная клетки.

Вся совокупность отличительных черт этих клетки связана с их специализацией. Главной функцией мышечных клеток стало обеспечение подвижности, нервных – передача нервного импульса. Поэтому всё структурное разнообразие клеток многоклеточного организма можно объяснить выполнением ими специальных функций, на фоне общих, обязательных клеточных функций.

Таким образом гомологичность в строении клеток обуславливается сходством общеклеточных функций, направленных на поддержание жизни самих клеток, а разнообразие является результатом функциональной специализации.

Клетка от клетки. Cформулированное положение знаменитым русским ученым Р.

Вирховым «Всякая клетка от клетки» (Omnis cellula e cellula) в настоящее время считается биологическим законом.

Размножение клеток прокариотических и эукариотических происходит только путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала.

У эукариотических клеток единственно полноценным способом деления является митоз (или мейоз при образовании половых клеток), при котором равномерно и точно по двум дочерним клеткам распределяются хромосомы, до этого удвоившиеся в числе.

Этот тип деления характерен для всех эукариотических, как растительных, так и животных клеток. Прокариотические клетки делятся бинарным способом, при котором также используется специальный аппарат разделения клеток, значительно напоминающий митотический способ деления эукариот.

Современная наука отвергает иные пути образования клеток и увеличение их числа.

Клетки могут размножаться прямым делением — амитозом. Однако прямое разделение клеточного ядра, а затем и цитоплазмы, наблюдается только у некоторых инфузорий.

При этом амитотически делится только макронуклеус, в то время как генеративные микронуклеусы делятся исключительно путем митоза, вслед за которым наступает разделение клетки (цитотомия).

Появление многоядерных клеток в организме является результатом слияния друг с другом нескольких клеток (гигантские многоядерные клетки тел воспаления и др.) или результатом нарушения самого процесса цитотомии.

Клетки и многоклеточный организм. В многоклеточном организме клетка является единственной единицей функционирования. Клетки объединены в функциональные системы, в ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом.

Читайте также:  Мобилизация двенадцатиперстной кишки. Техника мобилизации по Кохеру (Vautrin-Kocher).

Многоклеточные организмы представляют собой единое целое состоящие из сложных образований клеток, объединенных в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Специализация тканей и органов в едином организме, расчлененность его функций дают ему большие возможности приспособления для размножения отдельных индивидуумов, для сохранения вида.

Жизнь нового организма начинается с зиготы – клетки, получившейся в результате слияния женской половой клетки (ооцита) со спермием.

При делении зиготы возникает клеточное потомство, которое также делится, увеличивается в числе и приобретает новые свойства, специализируется, дифференцируется.

Рост организма, увеличение его массы есть результат размножения клеток и результат выработки ими разнообразных продуктов (например, промежуточного вещества соединительной ткани).

Следует отметить, что в организме первоосновой всех нормальных и патологических реакций является клетка, в нем все многочисленные свойства и функции выполняются клетками.

Например, когда в организм попадают чужеродные белки развивается иммунологическая реакция. При этом в крови появляются белки-антитела, которые связываются с чужими белками и их инактивируют.

Аналогичные цепи последовательных функциональных реакций отдельных групп клеток прослеживаются на всех функциональных отправлениях организма.

И наконец, поражение клеток или изменение их свойств является основой для развития всех без исключения заболеваний.

Классическим примером клеточной обусловленности развития болезни может служить сахарный диабет, причиной которого является недостаточность функционирования лишь одной группы клеток, так называемых В-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе. Эти клетки вырабатывают гормон инсулин, участвующий в регуляции сахарного обмена организма.

Тотипотентность клеток.Установлено, что организм человека, развившийся всего из одной клетки, зиготы, содержит более 200 различных типов клеток.

Современная биология считает, что индивидуальное развитие от одной клетки до многоклеточного зрелого организма является результатом последовательного включения работы разных генных участков хромосом в различных клетках.

Последовательная работа разных генов приводит к дифференцировке, то есть появлению клеток со специфическими для них структурами и особыми функциями.

Дифференцировка – это результат избирательной активности разных генов в клетках по мере развития многоклеточного организма. На этом основании, можно утверждать, что любая клетка многоклеточного организма обладает полным набором генетического материала, всеми возможными потенциями для проявления этого материала.

Однако в разных клетках одни и те же гены могут находиться или в активном или в репрессированном состоянии. Благодаря этому возможно вырастить зрелое растение из одной его соматической клетки.

Опыты на лягушках и растениях показали, что ядра дифференцированных клеток сохраняют все те потенции, которые есть у ядра в зиготе.

Далее было показано, что если после оплодотворения яйцеклетки у возникшей зиготы удалить ядро, а на место его имплантировать ядро из другой зиготы, или же ядро зиготы заменить на ядро из специализированной (дифференцированной) клетки взрослого животного, то развитие эмбриона пройдет нормальным путем, вплоть до появления взрослой лягушки.

Аналогичным путем в безъядерную зиготу млекопитающих можно ввести ядро из ткани взрослого животного и получить клонированную особь, как, например, клонированная овечка Долли.

Из этого следует, что клетки многоклеточных организмов обладают полным набором генетической информации и в этом отношении они равнозначны. Вместе с тем клетки отличаются по объему проявления этой информации, что создаёт возможности для появления специализированных клеток.

Из этого представления имеются исключения, показывающие, что при дифференцировке происходит количественное изменение генетического материала.

Например, при дроблении яиц аскариды клетки, дающие начало соматическим тканям, теряют часть хромосомного материала (диминуция), при иммунном ответе у плазмоцитов происходит перестройка в области генов, ответственных за синтез антител, после которой они генетически отличаются от остальных клеток.

Общим же положением для растительных и животных организмов является то, что несмотря на различия клеток данного организма в генетическом отношении они однородны, тождественны и тотипотентны.

Основные положения клеточной теории и значение в науке и жизни

Изобретение микроскопа и усовершенствование методов микроскопических исследований позволили открыть и изучить клетку.

Первым увидел клетку английский ученый Р. Гук. В 1665 году при помощи увеличительных линз он стал свидетелем деления тканей коры пробкового дуба на ячейки — клетки. Но, как позже стало известно, он стал первооткрывателем не клетки в прямо значении этого слова, а внешних оболочек растительных клеток.

Открытие мира одноклеточных организмов связано с А. Левенгуком — он первым увидел животные клетки, а именно эритроциты. Дальнейшее описание животных клеток принадлежит Ф. Фонтане. Поскольку четкого представления о том, что такое клетка, не было, исследования ученого не привели к понятию универсальности клеточного строения.

Первоначально Р. Гук считал, что клетки представляют собой пустоты или поры между волокнами растений. Это мнение нашло подтверждение в ходе исследований, проведенных М. Мальпиги, Н. Грю, Ф. Фонтана, которые наблюдали за растительными объектами под микроскопом. Они назвали клетки «пузырьками».

Замечание 1

Наибольший вклад в развитие микроскопических исследований организмов растений и животных принадлежит А. Левенгуку. Результаты своих исследований он оформил в книгу «Тайны природы».

По иллюстрациям, представленным в этой книге, понятны клеточные структуры растительных и животных организмов, хотя самим ученым эти описанные структуры не понимались как клеточные образования. Все потому, что исследования ученого были, скорее, случайные, чем систематические.

В начале 19 века такие ученые как Г. Линк, Г. Травенариус и К. Рудольф в своих исследованиях продемонстрировали, что клетки не являются пустотами — это самостоятельные образования, ограниченные стенками. Было доказано, что у клеток есть содержимое, названное Я. Пуркинье протоплазмой. Р. Броун выделил ядро в качестве постоянной части клеток.

Далее Т. Шванн занимался анализом данных литературы о клеточном строении растений и животных. Он сопоставил имеющиеся данные с собственными исследованиями, результатом чего стала его собственный труд.

Ученый продемонстрировал, что клетки — элементарные живые структурные единицы растительных и животных организмов. И. Шванн пояснил, что у них есть общий план строения и образуются они одинаковым способом. Все это стало основой клеточной теории. Поэтому Т.

Швана можно считать тем, кто стоял у истоков создания клеточной теории.

Перед тем как сформулировать основные положения клеточной теории, на протежении долгого периода времени ученые накапливали наблюдения за строением одноклеточных и многоклеточных организмов. Одновременно с этим совершенствовались и различные оптические методы в исследованиях.

Все клетки бывают двух типов: ядерные (эукариотические) и безъядерные (прокариотические). Организмы животных строятся на экукариотические клетках. Нет ядер только у красных клеток крови млекопитающих — эритроциты, которые теряют свои ядра в процессе развития.

В ходе изучения строения и функций клеток менялось и определение клетки.

Определение 1

Сегодня под клеткой понимают структурно упорядоченную систему биополимеров, ограниченную активной оболочкой. Биополимеры образуют ядро и цитоплазму, принимают участие в единой совокупности процессов метаболизма и обеспечивают поддержку и воспроизведение самой системы.

Клеточная теория — это обобщенное представление о строении клетки, являющейся единицей живого, ее размножении и роли в процессе формирования многоклеточных организмов.

Открытия в 19 веке, связанные с клеткой, были связаны с развитием микроскопии. В это же время происходит изменение представления о клетке. Теперь основой клетки стала считаться не клеточная оболочка, а ее содержимое — протоплазма. Также происходит открытие ядра как постоянного элемента клетки.

Благодаря тому, что появилась четкая информация о строении и развитии клетки, стало возможным ее обобщить. В 1839 году такое обобщение сделал Т. Шванн, который и сформулировал клеточную теорию. Автор клеточной теории считал, что между клетками животных и растений нет принципиальной разницы. В этом, в общем, и заключается сущность клеточной теории.

Развитием этой теории позже занимался немецкий патолог Р. Вирхов. Он является автором идеи, что возникновение клетки происходит исключительно из другой клетки при помощи размножения.

Положения клеточной теории

Положения клеточной теории, которые постепенно уточнялись и дополнялись, были опубликованы в труде под названием «Микроскопические исследования о соответствии в строении и произрастании животных и растений» (1839 г). Эта работа принадлежит Т. Шванну.

Вот основные положения клеточной теории:

  • клетка является основной элементарной единицей строения, развития и функционирования любого живого организма. То есть, мельчайшей единицей живого;
  • у всех организмов клетки гомологичны — похожи по своему химическому строению, главным проявлениям жизненных процессов, обмену веществ;
  • основной способ размножения клеток — деление. Образование новой клетки происходит путем деления материнской клетки;
  • клетки сложных многоклеточных организмов имеют специализацию по выполняемым ими функциям и образуют ткани. Ткани лежат в основе органов, которые взаимосвязаны различными формами регуляции: межклеточными, нервными и гуморальными.

Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Замечание 2

Активное развитие в 19 и 20 веках такой науки как цитология способствовало подтверждению основных положений клеточной теории. Она же предоставила новые данные о строении и функциях клетки.

Кроме того, отдельные тезисы клеточной теории, предложенные Т. Шванном, были исключены из теории. К примеру, он считал, что отдельная клетка многоклеточного организма способна самостоятельно функционировать, что многоклеточный организм — простая совокупность клеток, что неклеточная «бластема» — основа развития клетки.

После усовершенствования, остались следующие положения клеточной теории:

  • клетка является наименьшей единицей живого. Ей свойственно все, что определяет «живое»: рост, движение, обмен веществ и энергии, изменчивость, адаптация, раздражительность, репродукция, старение и смерть;
  • у клеток различных организмов наблюдается схожесть в общем плане строения — это обусловлено похожестью общих функций, которые направлены на поддержание жизни клеток и их размножение. Специфичность выполняемых клетками функций определяет разнообразие клеточных форм;
  • размножение клетки осуществляется путем деления материнской клетки (имеет место предыдущее воспроизведение ее генетического материла);
  • клетка — часть целостного организма. Развитие, функции и особенности строения клеток определяются всем организмом. Это результат взаимодействия тканей, органов, аппаратов и систем органов в функциональных системах.

Замечание 3

Клеточная теория на современном этапе развития биологии во многом отличается от теории и взглядов на клетку, существовавших не только в 19 веке, в период формулировки Т. Шванном первой клеточной теории, но и в середине 20 века.

Сегодня клеточная теория — это система научных взглядов, представленная в виде теорий, законов и принципов.

Главные положения клеточной теории актуальны и сегодня, несмотря на то, что за 150 лет о структуре, развитии и жизнедеятельности клеток были получены новые сведения.

Читайте также:  Маточно - плацентарное кровообращение.

Значение клеточной теории

Клеточная теория в науке открыла и укрепила представление о клетке как важнейшей составляющей всех организмов и главным их строительным элементом. Клетка является эмбриональной основой многоклеточных организмов, поскольку любой организм развивается с зиготы.

Благодаря клеточной теории можно говорить о единстве живой природы. Открытие этой теории — едва ли не самое важное событие в области биологии.

Клеточная теория стимулировала развитие таких наук как эмбриология, физиология и гистология. На ее основе возникло материалистическое понимание жизни, стало возможным объяснение эволюционной взаимосвязи между организмами, формулировка сущности онтогенеза.

Несмотря на то, что сведения о строении, развитии и функционировании клетки постоянно пополняются, основные положения клеточной теории, сформулированные более 100 лет назад, остаются актуальными.

Клетка — основа всех биохимических и физиологических процессов в организме, ведь все эти процессы происходят непосредственно на клеточном уровне. Клеточная теория позволила сделать вывод о схожести химического состава всех клеток и подтвердить единство органического мира.

Клеточная теория является одни из биологических обобщений, свидетельствующих о клеточном строении всех организмов.

Замечание 4

Наряду с законом превращения энергии и эволюционной теорией Дарвина, это одно из наиболее значимых открытий в области естествознания 19 века.

Клеточная теория оказала заметное влияние на развитие биологии как науки. Она указала на единство живой природы и выделила структурную единицу этого единства — клетку.

Помимо огромного влияния на биологию как науку, теория стала фундаментом для развития других дисциплин: эмбриологии, гистологии, физиологии. С ее помощью удалось объяснить родственные взаимосвязи организмов, механизм индивидуального развития.

Теория является важным обобщением современной биологии, системой положений и принципов, раскрывающими механизмы роста, развития и размножения организмов.

Современная клеточная теория, ее основные положения

Авторами первой клеточной теории являются зарубежные ученые Шванн Т. и Шлейден М. (1838 г.–1839 г.). В 1855 г. данная теория была дополнена работами Р. Вирхова.

5 положений современной клеточной теории

Основные положения современной клеточной теории:

  1. Клетка — основная структурная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, способная к самовоспроизведению и саморегуляции. 
  2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным процессам жизнедеятельности и обмену веществ. 
  3. Размножение клеток происходит путем их деления, 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 нервной и гуморальной регуляциям.
  5. Клеточное строение организмов — доказательство единства происхождения всего живого

Создание клеточной теории привело к определению клетки, как элементарной структуре живых систем с сопутствующими признакам и свойствами. С возникновением клеточной теории стали появляться гипотезы о происхождении живых тел.

Развитие знаний о клетке

С появление микроскопа ученые получили возможность для пристального изучения живых клеток. Так, в 1665 г. Р. Гуком на срезе пробки было обнаружены маленькие ячейки, названные им клетками. Позднее такие образования внутри растений обнаружили Н. Грю и М. Мальпиги.

Позднее не имевшим специального образования голландским торговцем А. Левенгуком был создан самодельный микроскоп с увеличением в 270 раз. Ему удалось разглядеть:

  • хлоропласты;
  • ядро;
  • утолщения клеточных оболочек.

Увиденное в микроскоп А. Левенгук всегда описывал и аккуратно зарисовывал, без приведения соответствующих объяснений. Так, ему удалось разглядеть бактериальные клетки и одноклеточные организмы. 

Львиная доля открытий компонентов клетки выпала на первую половину XIX в.:

  • открытие пор и клеточного сока (Г. Моль);
  • выделение ядра (Броун Р.);
  • введение термина «протоплазма» (Я. Пуркинье);
  • единое происхождение всех клеточных структур (Шлейден М.). 

Исследования русского ученого-эмбриологаКарла Бэра(1827 г.) приводят к обнаружению яйцеклеток у млекопитающих животных и человека. Данное открытие «сломало» господствующее тогда утверждение о развитии организмов только из гамет мужского типа.

Работы Карла Бэра доказали процесс формирования многоклеточных тел из оплодотворенных яйцеклеток.

Сравнение им зародышей разных организмов на ранних этапах развития доказало сходство их организации и дало толчок к мысли о единстве появления всего живого на Земле. 

К 1850-у году в биологической науке было сформировано большое количество открытий, связанных с клеткой. Привести их в систему помогли работы немецкого зоолога Шванна Т. и М. Шлейдена. Они создали первую клеточную теорию, объясняющую многие процессы внутри живых тел. 

Исследования патологоанатома и врача из Германии – Рудольфа Вирхова дополнили созданную ранее Шванном Т. и М. Шлейденом клеточную теорию. Вирхов Р. указал на возникновения новых клеток путем деления исходных (материнских) структур. Таким образом, он доказал возникновение «клетки от клетки» и «живого от живого».

После создания основных положений теории о структурно-функциональной единице живого (клетке) были сделаны и другие открытия, касающиеся происходящих в ней процессов. Так, усовершенствование к концу XIX в.

микроскопа дало толчок для уточнения состава клетки с проведением описания имеющихся органоидов. Органоидами стали именовать клеточные компоненты постоянного строения, которые выполняют разные функции.

 

Позднее был изучен процесс деления, происходящий в процессе митоза либо мейоза. Данные процессы стали основой способов воспроизведения клеточных структур и получили статус «передатчиков» наследственной информации.

С использованием современных физико-химических методик детальнее были изучены процессы передачи и хранения наследственных признаков. Также тщательнее были обследованы тончайшие детали всех клеточных компонентов постоянного и переменного состава.

Таким образом, было выделено особое биологическое направление — «цитология», занимающееся изучением структуры и жизнедеятельности клеток живых организмов.

Дата Событие
Около 1590 г. З. Янсен изобрел микроскоп
1665 г. Р. Гук описал биологические исследования, проведения с использованием микроскопа. Применил термин «клетка»
1680 г. А. ван Левенгук открыл одноклеточные организмы и эритроциты; описал бактерии, грибы, простейших.
1826 г. К. Бэр открыл яйцеклетки птиц и животных.
1831-1839 гг. Р. Броун описал ядро в клетке.
1838-1839 гг. М. Шлейдер и Т. Шванн обобщили знания о клетке и сформулировали клеточную теорию: «Клетка — единица структуры и функции в живых организмах».
1855 г. Р. Вихров дополнил теорию: «Клетка — единица структуры и функции живых организмов».
1877-1900 гг. Усовершенствование микроскопа и методов фиксации и окрашивания. Цитология приобретает эксперементальных характер.
1931 г. Э. Руске и М. Кноль сконструировали электронный микроскоп.
1946 г. Начало широкого использования электронного микроскопа в цитологии.

Клеточное строение организмов

Клеточное строение организмов — основа единства органического мира, доказательство родства живой природы

Как уже было отмечено ранее, бактериям, грибам, растениям и животным свойственно наличие клеток разной формы и специализации. Вирусные частицы также не могут жить без живых клеток, так как там происходят процессы их размножения, хотя сами они являются неклеточными формами жизни.

В полноценной живой клетке постоянно происходят следующие процессы:

  • раздражение;
  • развитие;
  • рост;
  • метаболизм (обмен веществ);
  • гомеостаз (саморегуляция) — способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание равновесия;  
  • способность к воспроизведению себе подобных. 

Наличие совокупности данных признаков отличает живые организмы от неживых тел. Кроме этого, внутри живых клеточных структур хранятся, а при размножении передаются наследственные признаки, заключенные в генах.

При половом размножении наследственные признаки комбинируются, что приводит к формированию новых генетических наборов и появляются новые признаки у организмов.

Таким образом происходит жизнедеятельность живых организмов.

В природе существует великое множество живых клеток, которые различаются строением, формами и специализацией, но для всех их характерно наличие:

  • наследственного аппарата;
  • плазматической мембраны;
  • цитоплазмы.

Возникновению современных клеточных структур сопутствовал длительный эволюционный процесс, происходящий в биосфере. Он делился на:

  • химическую;
  • биологическую;
  • биохимическую эволюции.

Образование многоклеточных форм жизни не является банальным суммированием клеток, а выступает результатом сложных эволюционных преобразований, происходящих с сохранением присущих живому признаков.

Таким образом организмы приобретали новые свойства и функции. В результате менялось их строение и образ жизни.

Происходящие эволюционные преобразования привели к появлению новых видов и указали на общность происхождения всего живого — единого предка.

Полноценное существование живых организмов возможно лишь тогда, когда входящие в его состав клетки будут выполнять присущие им функции. Простое сложение клеток друг с другом не приведет к созданию целостного организма, так как полноценно функционировать он не сможет. Так, было открыто единство целостного и дискретного составляющего. 

Увеличение скорости метаболизма достигается ростом количества маленьких клеток у многоклеточных тел. При нарушении функций одной клетки (ее гибель) происходит восстановление ее деятельности вследствие воспроизведения клеточных структур.

Без клеток гены существовать не могут, а значит. невозможно хранить и передавать наследственную информацию.

Аналогично и с энергией, которая также не сможет аккумулироваться от Солнца, если не будет растительных клеток с хлоропластами.

Благодаря разделению клеточных функций в многоклеточных телах (организмах) живые системы смогли приспосабливаться к разным условиям существования и средам обитания. В результате возникали новые систематические категории – виды, роды, классы. Таким образом, шло длительное усложнение их организационного строения

После установления единого плана строения клеточных структур у всего живого возникли предпосылки единого происхождения живых организмов на Земле.

Данные предпосылки были доказаны многочисленными открытиями в области палеонтологии, эмбриологии и других областях биологии.

Так, возникло представление не только о едином плане строения живых организмов, но и доказательство единства происхождения органического мира.

Смотри также:

Клеточная теория, клеточное строение

ivroz

Клетка представляет собой элементарную структурно-функциональную единицу организма.

Значение клеточной теории и история открытия

Клеточная теория — основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Матиас Шлейден, Теодор Шванн и Рудольф Вирхов сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838).

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Основные положения клеточной теории

  1. Клетка — элементарная единица живого, основная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов.

  2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов имеют общее происхождение и сходны по своему строению и химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

  3. Размножение клеток происходит путем их деления. Новые клетки всегда возникают из предшествующих клеток.

Дополнительные положения клеточной теории

  1. В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации — молекул нуклеиновых кислот («каждая молекула из молекулы»).

  2. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (регуляция).

Клеточное строение

  • Эукариотная клетка
    • Клеточная оболочка – состоит из наружной мембраны (плазмолемма) и наружного слоя, который представлен гликокаликсому животных, а у растений – целлюлозной оболочкой.
    • Цитоплазма – в ней
      • Клеточная матрица (цитозоль, гиалоплазма) – полужидкая среда цитоплазмы. Представляет собой коллоидный раствор, содержит органические и не органические компоненты. В ~ распложены органоиды и включения.
      • Органоиды – постоянные составные части клетки, имеющие определённое строение и выполняющие определённые функции.
        • Мембранные
          • Одномембранные
          • Двумембранные
        • Немембранные
      • Включения – временные структуры клетки, выполняющие следующие функции: 1) запас питательных в-в (зёрна крахмала, гликогена, капли жира), 2) продукты экскреции, 3) молекулы пигментов (меланин).

Клеточная оболочка состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Функции: 1) разграничительная и 2) транспортная. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии.

Гликокаликс представляет собой закреплённые в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную функцию.

  • Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов с вкрапленными в нее молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов.
  • Эндоплазматическая сеть — система переходящих друг в друга мембранных отсеков (трубок и цистерн), которая называется эндоплазматическим ретикулумом (или эндоплазматическая сеть, ЭПР или ЭПС).
  • Ту часть ЭПР, к мембранам которого прикреплены рибосомы, относят к гранулярному (или шероховатому) эндоплазматическому ретикулуму, на его мембранах происходит синтез белков.
  • Те образования, на стенках которых нет рибосом, относят к гладкому (или агранулярному) ЭПР, принимающему участие в синтезе липидов.
  • Внутренние пространства гладкого и гранулярного ЭПР не изолированы, а переходят друг в друга и сообщаются с просветом ядерной оболочки.

Аппарат Гольджи представляет собой стопку плоских мембранных цистерн, несколько расширенных ближе к краям. Здесь созревают некоторые белки, синтезированные на мембранах гранулярного ЭПР и предназначенные для секреции или образования лизосом.

Клеточное ядро содержит молекулы ДНК, на которых записана генетическая информация организма.

В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на матрице ДНК.

В ядре же синтезированные молекулы РНК претерпевают некоторые модификации, после чего выходят в цитоплазму. Сборка рибосом также происходит в ядре, в специальных образованиях, называемых ядрышками.

Рибосома — важнейший органоид живой клетки сферической или слегка овальной формы, состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или мРНК. Этот процесс называется трансляцией.

Синтез рибосом у эукариот происходит в специальной внутриядерной структуре — ядрышке.

Лизосома — клеточный органоид, один из видов везикул, содержащий ряд ферментов — гидролаз, способных расщеплять белки, липиды и нуклеиновые кислоты, функциями которого являются переваривание захваченных клеткой частиц и уничтожение ненужных клетке структур.

Эти ферменты высвобождаются при разрушении лизосомы, так как она обладает весьма непрочной мембраной, легко разрывающейся под влиянием различных воздействий. Этот механизм лежит в основе автолиза тканей.

Разрыв лизосомы и выход в гиалоплазму расщепляющих ферментов сопровождается резким повышением их активности. Такого рода повышение активности ферментов наблюдается, например, в очагах некроза при инфаркте миокарда.

Митохондрии — особые органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ — универсального носителя энергии. Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) происходит также за счет энзиматических (ферментативных) систем митохондрий.

Внутренняя полость митохондрий, называемый матриксом отграничен от цитоплазмы двумя мембранами, наружной и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство.

Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые кристы. В матриксе содержатся различные ферменты, принимающие участие в дыхании и синтезе АТФ.

Центральное значение для синтеза АТФ имеет водородный потенциал внутренней мембраны митохондрии.

Митохондрии имеют свой собственный ДНК-геном и прокариотические рибосомы. В ДНК митохондрий закодированы совсем не все митохондриальные белки, большая часть генов митохондриальных белков находятся в ядерном геноме, а соответсвующие им продукты синтезируются в цитоплазме, а затем транспортируются в митохондрии.

Хлоропла́ст — зелёные пластиды, которые встречаются только в растительных клетках. С их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат хлорофилл. Являются двумембранными органеллами, имеют собственную ДНК, РНК. Предполагают, что хлоропласты возникли из цианобактерий.

Лейкопла́сты — бесцветные сферические пластиды в клетках растений. Лейкопласты образуются в запасающих тканях (клубнях, корневищах), клетках эпидермиса и других частях растений.

Синтезируют и накапливают крахмал (так называемые амилопласты), жиры, белки. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, синтезируется крахмал.

На свету лейкопласты превращается в хлоропласты.

Хромопла́ст (окрашенные пласты) — окрашенные незелёные тела, заключающиеся в телах высших растений, в отличие от зелёных тел (хлоропластов).

Xромопласты содержат жёлтые, оранжевые и красноватые пигменты из ряда каротинов. Форма хромопластов разнообразна: они бывают круглые, многоугольные, палочковидные, веретенообразные, серповидные, трёхрогие и т. д.

Xромопласты происходят большей частью из хлоропластов (хлорофилльных зёрен), которые теряют хлорофилл и крахмал, что заметно в лепестках, в ткани плодов и т. д. Развитие каротина в хлоропласте понятно из того, что первый в них содержится вместе с хлорофиллом.

Так же как и у хлоропластов, у хромопластов пигмент образует в протоплазматической, бесцветной основе лишь отдельные включения, причем иногда в виде настоящих кристаллов, игольчатых, волосовидных, прямых или изогнутых и т. д.

Центриоли представляют собой цилиндрические белковые структуры, расположенные вблизи ядра клеток животных (у растений центриолей нет). Центриоль представляет собой цилиндр, боковая поверхность которого образована девятью наборами микротрубочек. Количество микротрубочек в наборе может колебаться для разных организмов от 1 до 3.

Перед делением клетка содержит две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу. В ходе митоза они расходятся к разным концам клетки, формируя полюса веретена деления.

После цитокинеза каждая дочерняя клетка получает по одной центриоли, которая удваивается к следующему делению.

Удвоение центриолей происходит не делением, а путем синтеза новой структуры, перпендикулярной существующей.

Цитоскелет. К элементам цитоскелета относят белковые фибриллярные структуры, расположенные в цитоплазме клетки: микротрубочки, актиновые и промежуточные филаменты.

Микротрубочки принимают участие в транспорте органелл, входят в состав жгутиков, из микротрубочек строится митотическое веретено деления. Актиновые филаменты необходимы для поддержания формы клетки, псевдоподиальных реакций.

Роль промежуточных филаментов, по-видимому, также заключается в поддержании структуры клетки. Белки цитоскелета составляют несколько десятков процентов от массы клеточного белка.

Вакуоль — ограниченный мембраной органоид, содержащийся в некоторых эукариотических клетках и выполняющий различные функции (секреция, экскреция и хранение запасных веществ). Вакуоли и их содержимое рассматриваются как обособленный от цитоплазмы компартмент. Вакуоли особенно хорошо заметны в клетках растений.

Сравнение клеточного строения растений, животных, грибов

Органоид Функция Бактерии Растения Животные
Ядро Хранение наследственной информации, синтез РНК Нет Есть Есть
Хромосома Наследственный материал, состоящий из линейной ДНК Нет Есть Есть
Рибосомы Органеллы, состоящие из двух частей, производят синтез белка Есть Есть Есть
Митохондрии Органеллы, покрытые двойной мембраной, синтезируют АТФ Нет Есть Есть
Комплекс Гольджи Производит синтез сложных белков, полисахаридов, их накопление и секрецию Нет Есть Есть
Эндоплазматическая сеть Производит синтез и транспорт белков и липидов Нет Есть Есть
Центриоль Во время деления клетки образует веретено деления Нет Нет Есть
Хлоропласты Производят синтез органических веществ из воды и углекислого газа с выделением кислорода Нет Есть Нет
Лейкопласты Производят накопление крахмала Нет Есть Нет
Хромопласты Придают окраску плодам и цветкам растения, т.к. содержат ксантофилл Нет Есть Нет
Лизосомы Производят расщепление различных органических веществ Нет Нет Есть
Клеточная оболочка Полисахаридная оболочка над клеточной мембраной, защищающая клетку Есть Есть Нет
Вакуоли 1. Накапливают клеточный сок 2. Переваривают частички пищи или выводят продукты распада (у одноклеточных) Нет Есть (1) Есть (2)
Цитоскелет Придаёт форму клетке Нет Есть Есть
Органеллы для перемещения Служат для перемещения в пространстве (реснички и др.) Есть Нет Есть
Мезосомы Осуществляют дыхание и синтез органических веществ Есть Нет Нет
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector