биология шпоры. биология пз. История формирования представлений о клетке и ее строении. В 1665 год английским физиком Робертом Гуком в работе Микрография
 Скачать 250.59 Kb.
|
|
История формирования представлений о клетке и ее строении. В 1665 год — английским физиком Робертом Гуком в работе «Микрография» было описано строение пробки, которую он назвал "клеткой". Таким образом его можно считать первооткрывателем клетки. 1670-е годы — итальянский медик и натуралист М. Мальпиги и английский натуралист Н. Грю описали в разных органах растений «мешочки, или пузырьки» и показали широкое распространение у растений клеточного строения. Клетки изображал на своих рисунках голландский микроскопист А. Левенгук. Он же первым открыл мир одноклеточных организмов — описал бактерий и протистов (инфузорий). В 1831 году Роберт Броун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является постоянной составной частью растительной клетки. В 1939 году Ян Эвангелиста Пуркинье, чешский физиолог, ввёл термин «протоплазма». Клеточная теория: основные положения и этапы развития (М. Шлейден, Т. Шван, Р. Вирхов). В 1838 -1839 гг. Шлейден и Шванн сформировали основные положения о клеточном строении: Клетка – элементарная структурно-функциональная единица живого организма. Клетка растений и животных сходны по строению и выполняемым функциям. В 1858г Вирхов дополнил клеточную теорию третьим положением: Клетки возникают путем деления материнской клетки. Клетки участвуют в формировании многоклеточных организмов, которые представляют собой совокупность взаимосвязанных между собой клеток. Современное состояние клеточной теории. Значение клеточной теории в обосновании единства органического мира. Клеточная теория сформулирована немецким исследователем, зоологом Т. Шванном (1839). Поскольку при создании этой теории Шванн широко пользовался работами ботаника М. Шлейдена, последнего по праву считают соавтором клеточной теории. Исходя из предположения о схожести (гомологичности) растительных и животных клеток, доказываемой одинаковым механизмом их возникновения, Шванн обобщил многочисленные данные в виде теории, согласно которой клетки являются структурной и функциональной основой живых существ. В конце XIX столетия немецкий патолог Р. Вирхов на основе новых фактов пересмотрел клеточную теорию. Ему принадлежит вывод о том, что клетка может возникнуть лишь из предсуществующей клетки. Им также создана вызвавшая критику концепция «клеточного государства», согласно которой многоклеточный организм состоит из относительно самостоятельных единиц (клеток), поставленных в своей жизнедеятельности в тесную зависимость друг от друга. Клеточная теория в современном виде включает три главных положения. Первое положение соотносит клетку с живой природой планеты в целом. Оно утверждает, что жизнь, какие бы сложные или простые (например, вирусы) формы она ни принимала, в ее структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечивается в конечном итоге только клеткой. Выдающаяся роль клетки как первоисточника жизни обусловливается тем, что именно она является биологической единицей, с помощью которой происходит извлечение из внешней среды, превращение и использование организмами энергии и веществ. Непосредственно в клетке сохраняется и используется биологическая информация. Второе положение указывает, что в настоящих условиях единственным способом возникновения новых клеток является деление предсуществующих клеток. В обосновании клеточной природы жизни на Земле тезису о единообразии путей возникновения клеток принадлежит особая роль. Именно этот тезис был использован М. Шлейденом и Т. Шванном для обоснования представления о гомологии разных типов клеток { Авторы клеточной теории, утверждая верное положение о единообразии пути возникновения клеток, непосредственный механизм их образования представляли неверно. М. Шлейден считал, что молодые клетки возникают путем конденсации слизистого вещества первоначально в ядро с дальнейшим наслоением и отграничением цитоплазмы. Т. Шванн разделял эту точку зрения.}. Современная биология расширила круг доказательств этому. Независимо от индивидуальных структурно-функциональных особенностей все клетки одинаковым образом: а) хранят биологическую информацию, б) редуплицируют генетический материал с целью его передачи в ряду поколений, в) используют информацию для осуществления своих функций на основе синтеза белка, г) хранят и переносят энергию, д) превращают энергию в работу, е) регулируют обмен веществ. Третье положение клеточной теории соотносит клетку с многоклеточными организмами, для которых характерен принцип целостности и системной организации. Для системы свойственно наличие новых качеств благодаря взаимному влиянию и взаимодействию единиц, составляющих эту систему. Структурно-функциональными единицами многоклеточных существ являются клетки. Вместе с тем многоклеточный организм характеризуется рядом особых свойств, которые нельзя свести к свойствам и качествам отдельных клеток. В третьем положении клеточной теории мы встречаемся с проблемой соотношения части и целого. Системный подход как научное направление используется в биологических исследованиях с начала прошлого столетия. Системный характер организации и функционирования свойствен не только организму, но и другим главным биологическим образованиям — геному, клетке, популяции, биогеоценозу, биосфере. По второму микро вопросу своими словами скажите вот это- по первому положению клеточной теории что клетка соотносится с живой природой планеты в целом. Оно утверждает, что жизнь, какие бы сложные или простые (например, вирусы) формы она ни принимала, в ее структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечивается в конечном итоге только клеткой. Выдающаяся роль клетки как первоисточника жизни обусловливается тем, что именно она является биологической единицей, с помощью которой происходит извлечение из внешней среды, превращение и использование организмами энергии и веществ. Непосредственно в клетке сохраняется и используется биологическая информация. Типы клеточной организации и их характеристика Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. К прокариотам относятся бактерии и синезелёные водоросли, к эукариотам - растения, грибы и животные. прокариоты: имеют сравнительно малые размеры; возникли 3,5 млрд. лет назад; не имеют ядра, присутствует кольцевая молекула ДНК непосредственно в цитоплазме; отсутствуют мембранные органоиды и клеточные включения; 70s рибосомы (меньше по размеру, чем рибосомы эукариот); деление амитозом с высокой скоростью (до нескольких минут); представители: бактерии, синезелёные водоросли. эукариоты: имеют сравнительно крупные размеры, возникли 1,5 млрд. лет назад; имеют ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной мембраной; имеют мембранные органоиды и включения; 80s рибосомы (больше по размеру, чем рибосомы прокариот); деление митозом с низкой скоростью (до нескольких десятков лет); представители: грибы, растения и животные. Клеточные мембраны, их структура и функциональное значение. Клеточная мембрана (цитолемма, плазмалемма) – это трехслойная липопротеиновая (жиро-белковая) оболочка, отделяющая каждую клетку от соседних клеток и окружающей среды, и осуществляющая управляемый обмен между клетками и окружающей средой. В клеточной мембране имеются липиды трех классов: фосфолипиды (представляются собой комбинацию жиров и фосфора), гликолипиды (представляют собой комбинацию жиров и углеводов), холестерол. Ф  осфолипиды и гликолипиды в свою очередь состоят из гидрофильной головки, в которую отходят два длинных гидрофобных хвостика. Холестерол же занимает пространство между этими хвостиками, не давая им изгибаться, все это в некоторых случаях делает мембрану определенных клеток весьма жесткой. Помимо всего этого молекулы холестерола упорядочивают структуру клеточной мембраны.Вокруг всех белков мембраны расположены аннулярные липиды. Аннулярные липиды – это особые структурированные жиры, которые служат своеобразной защитной оболочкой для белков, без которой они бы попросту не работали. Структура клеточной мембраны имеет три слоя: основу клеточной мембраны составляет однородный жидкий билипидный слой. Белки же покрывают его с обеих сторон наподобие мозаики. Именно белки помимо описанных выше функций также играют роль своеобразных каналов, по которым сквозь мембрану проходят вещества, неспособные проникнуть через жидкий слой мембраны. К таким относятся, например, ионы калия и натрия, для их проникновения через мембрану природой предусмотрены специальные ионные каналы клеточных мембран. Иными словами белки обеспечивают проницаемость клеточных мембран. Если смотреть на клеточную мембрану через микроскоп, мы увидим слой липидов, образованный маленькими шарообразными молекулами по которому плавают словно по морю белки. Теперь вы знаете, какие вещества входят в состав клеточной мембраны. Функции: Барьерная функция клеточной мембраны – мембрана как самый настоящий пограничник, стоит на страже границ клетки, задерживая, не пропуская вредные или попросту неподходящие молекулы Транспортная функция клеточной мембраны – мембрана является не только пограничником у ворот клетки, но и своеобразным таможенным пропускным пунктом, через нее постоянно проходит обмен полезными веществами с другими клетками и окружающей средой. Матричная функция – именно клеточная мембрана определяет расположение органоидов клетки относительно друг друга, регулирует взаимодействие между ними. Механическая функция – отвечает за ограничение одной клетки от другой и параллельно за правильно соединение клеток друг с другом, за формирование их в однородную ткань. Защитная функция клеточной мембраны является основой для построения защитного щита клетки. В природе примером этой функции может быть твердая древесина, плотная кожура, защитный панцирь у черепахи, все это благодаря защитной функции мембраны. Энергетическая функция – фотосинтез и клеточное дыхание были бы невозможны без участия белка, содержащегося в клеточной мембране. Именно через белковые каналы происходит важный клеточный энергообмен, в этом заключаются самые главные функции белка в клеточной мембране. Рецепторная функция – и опять возвращаемся к белкам мембраны, помимо собственно энергообмена они обладают еще одной очень важной функцией – они служат рецепторами клеточной мембраны, благодаря которым клетка получает сигнал от гормонов и нейромедиаторов. Все это необходимо для нормального течения гормональных процессов и проведения нервного импульса. Ферментативная функция – еще одна важная функция, осуществляемая некоторыми белками клетки. Например, благодаря этой функции в эпителии кишечника происходит синтез пищеварительных ферментов. Также помимо всего этого через клеточную мембрану осуществляется клеточный обмен, который может проходить тремя разными реакциями: Фагоцитоз – это клеточный обмен, при котором встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают различные питательные вещества. Пиноцитоз – представляет собой процесс захвата мембраной клетки, соприкасающиеся с ней молекулы жидкости. Для этого на поверхности мембраны образуются специальные усики, которые как будто окружают каплю жидкости, образуя пузырек, которые впоследствии «проглатывается» мембраной. Экзоцитоз – представляет собой обратный процесс, когда клетка через мембрану выделяет секреторную функциональную жидкость на поверхность. Органоиды клетки, их классификация и морфофункциональная организация. Классификация органоидов по наличию мембраны: • мембранные (ядро, митохондрии, пластиды, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы) • немембранные (рибосомы, клеточный центр, элементы цитоскелета (микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты), жгутики и реснички) Классификация органоидов по функциональной специализации: • органеллы общего назначения (гладкая и шероховатая эндоплазматиче- ская сеть, митохондрии, рибосомы и полисомы, пластинчатый комплекс, пероксисомы, микрофибриллы и микротрубочки, центриоли клеточного центра, пластиды) • специфические (микроворсинки кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, жгутики, миофибриллы) Клеточная мембрана ограничивает живое содержимое клеток от окружающей среды. Важнейшим свойством плазматической мембраны является ее избирательная проницаемость, т. е. через нее в клетку свободно могут попадать лишь некоторые вещества. За счет этого свойства мембрана регулирует поступление веществ в клетку и обмен с внешней средой. Цитоплазма – это жидкое содержимое клетки с находящими в ней органоидами. Основное вещество цитоплазмы – вода. Цитоплазма живых клеток находится в постоянно движении, что обеспечивает взаимосвязь всех органоидов и доступ к ним различных веществ. К органоидам клетки относят эндоплазматическую сеть – систему многочисленных канальцев и цистерн, которые пронизывают всю цитоплазму. Эндоплазматическая сеть разделяет клетку на отсеки, обеспечивает сообщение между частями клетки и транспорт веществ. На эндоплазматической сети располагаются рибосомы. Это очень маленькие органоиды, но их функция очень важна для клетки – в рибосомах синтезируются белки. Митохондрии – это достаточно крупные органоиды, которые можно увидеть даже в световой микроскоп. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление органических веществ кислородом воздуха. Выделившаяся в этом процессе энергия запасется в образующихся молекулах АТФ, которые способны при распаде отдавать свою энергию туда, где она нужна. Еще один важный органоид клетки – это лизосома, которая представляет собой мембранный пузырек, заполненный пищеварительными ферментами, которые расщепляют поступающие в клетки органические вещества (белки, жиры и углеводы). Лизосомы производятся комплексом Гольджи. Вблизи ядра обычно располагается клеточный центр, который играет важную роль при делении клеток. Он присутствует в клетках животных и низших растений. Регуляторным центром клетки служит ядро. Оно отделено от цитоплазмы двойной ядерной оболочкой. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находятся хромосомы. Хромосомы содержат гены, определяющие наследственность организма. В ядре так же можно увидеть одно или несколько ядрышек. В них происходит формирование рибосом. Ядро регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, обеспечивает передачу и хранение наследственной информации. Цитоплазматические включения: классификация, характеристика. Включения – это непостоянные компоненты клетки, образующиеся и исчезающие в процессе её жизнедеятельности. Цитоплазматические включения: секреторные – специфические продукты жизнедеятельности клеток, как правило встречаются в железистых клетках; экскреторные – конечные продукты жизнедеятельности клетки, подлежащие удалению из неё; трофические – питательные вещества клетки (жиры, углеводы, иногда белки). пигментные включения - могут быть экзогенные (каротин, пылевые частицы, красители и др.) и эндогенные (гемоглобин, гемосидерин, билирубин, меланин, липофусцин). Наличие их в цитоплазме может изменять цвет ткани органа временно или постоянно. Нередко пигментация (или депигментация) ткани служит диагностическим признаком. Ядро как система управления клетки. Структура ядра. Ядро − это центр управления клеткой. Оно содержится практически во всех клетках многоклеточных организмов за исключением красных кровяных телец – клеток крови – эритроцитов и кровяных пластинок тромбоцитов, они лишены ядра. Состоит из следующих частей: ядерной мембраны, кариоплазмы (кариолимфы), хромосом (во время деления клетки) или хроматина (в интерфазе), ядрышка и ядерного скелета (матрикса). Почти вся ДНК эукариотической клетки в период интерфазы сосредоточена в ядре, объем которого составляет приблизительно 10% от общего объема клетки. Как правило, клетки содержат только одно ядро, но некоторые клетки, в зрелом состоянии, могут не иметь ядра. К ним относятся эритроциты периферической крови человека (млекопитающих). Встречаются клетки, имеющие два (клетки печени, инфузории) или много ядер (поперечно-полосатая мышца). Ядро окружено ядерной оболочкой и содержит хроматин, а также одно или несколько ядрышек Термин «ядро» впервые был применен Робертом Броуном в 1833 г. для обозначения шаровидных постоянных структур в клетках растений.  СТРОЕНИЕ ЯДРА Внутренняя часть ядра представлена кариоплазмой (кариолимфой, нуклеоплазмой), в которой расположен хроматин - комплекс ДНК, РНК и белков, и одно или несколько ядрышек. Хроматин бывает двух видов: эухроматин (практически не виден в микроскоп, не упакован в белки и несёт в себе информацию) и гетерохроматин (хорошо виден в микроскоп, упакован в белки и НЕ информативен). Ядрышко - место в ядре, где активно идет процесс матричного биосинтеза - транскрипция. В течение дня, наблюдая за одной и той же клеткой, можно увидеть разное количество ядрышек или не найти ни одного. Оболочка ядра (кариолемма) состоит из двух мембран и пронизана большим количеством ядерных пор, через которые происходит сообщение между кариоплазмой и цитоплазмой (и ещё через них выходит иРНК для дальнейшего биосинтеза белка). Главными функциями ядра является хранение, защита и передача наследственного материала дочерним клеткам. Также оно руководит работой всех клеточных органелл. Хромосомы видны только в момент деления клетки. Они представляют собой сильно спирализованные молекулы ДНК, связанные с белками (гистоновыми в большей мере). Хромосомы отличаются друг от друга по строению, форме, размерам. Совокупность всех признаков (форма, число, размер) хромосом называется кариотип. Он может быть представлен по-разному: существует кариотип вида, особи, клетки. Изучая кариотип человека, врач-генетик может обнаружить различные наследственные заболевания, к примеру, синдром Дауна - трисомия по 21-ой паре хромосом (должно быть 2 хромосомы, однако при синдроме Дауна их три). Функциональная связь органоидов клетки. Связующим компонентом всех органоидов клетки является цитоплазма. Цитоплазма– состоит главным образом из воды с большим количеством растворенных в ней веществ, содержащих глюкозу, белки и ионы. Пучки белковых волокон, находящихся в цитоплазме образуют цитоскелет, определяющий форму клетки и обеспечивающий клеточное движение. Особенности морфологии растительных клеток. Растительная клетка имеет все органоиды, свойственные другим эукариотическим организмам (животные, грибы): ядро, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи и т.д. Вместе с тем, она отличается от них наличием: • прочной клеточной стенки; • пластид; • развитой системы постоянно существующих вакуолей. • все клетки регулируют обмен веществ, удваивают и используют свой наследственный материал, получают и утилизируют энергию. • наличие у каждой клетки собственного наружного скелета– прочной полисахаридной клеточной оболочки, которая окружает клетку и составляет её жесткий каркас; • накопление эргастических включений – т.е. запасных питательных веществ и вредных продуктов обмена; запасные питательные вещества накапливаются почти во всех частях клетки, а вредные продукты обмена – в вакуолях; • способность клетки путём деления дать начало любому клеточному типу организма. (тотипотентность); • отсутствие центриолей (центросом) в центре организации микротрубочек (ЦОМТ); • возникновение фрагмопласта при цитокинезе (делении клетки); • рост путем растяжения – характерная особенность растительных клеток, связанная с наличием у них вакуоли и прочной оболочки; при таком росте увеличение размера клетки происходит в основном за счет увеличения объема вакуоли. Своеобразие растительных клеток обусловлено: • автотрофностью; • прикрепленным образом жизни; • отсутствием скелета; • отсутствием или слабым развитием системы выделения отбросов. Функции вакуолей: · накапливают питательные вещества; · изолируют конечные продукты обмена веществ; · регулируют водно-солевой обмен; · способствуют растяжению и росту клеток; · окрашивают определенные части растений, привлекая опылителей и распространителей плодов и семян; · могут выполнять функцию лизосом. Функции клеточной стенки: · придает клетке определенную форму и прочность; · защищает живое содержимое клетки; · служит местом накопления некоторых запасных веществ. Возникновение клеточной организации в процессе эволюции. Теории происхождения эукариотических клеток. Существуют два этапа в эволюции клетки: 1.Химический. 2.Биологический. Химический этап начался около 4,5 млрд лет назад. Под действием ультрафиолетового излучения, радиации, грозовых разрядов (источники энергии) происходило образование сначала простых химических соединений – мономеров, а затем более сложных – полимеров и их комплексов (углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот). Биологический этап образования клеток начинается с появления пробионтов – обособленных сложных систем, способных к самовоспроизведению, саморегуляции и естественному отбору. Пробионты появились 3-3,8 млрд. лет назад. От пробионтов произошли первые прокариотические клетки – бактерии. Эукариотические клетки произошли от прокариот (1-1,4 млрд. лет назад) двумя путями: 1)Путем симбиоза нескольких прокариотических клеток – это симбиотическая гипотеза; 2)Путем инвагинации клеточной мембраны. Суть инвагинационной гипотезы заключается в том, что прокариотическая клетка содержала несколько геномов, прикрепленных к клеточной оболочке. Затем происходила инвагинация – впячивание, отшнуровка клеточной мембраны, и эти геномы превращались в митохондрии, хлоропласты, ядро. |