Клеточная теория, её основные положения

Первые представления о клетке появились в связи с изобретением микроскопа англичанином Робертом Гуком.   

Он обнаружил клеточную структуру пробковой ткани и ввел термин «клетка».  

Авторами клеточной теории являются Т. Шванн, М. Шлейден (1839 г.) – они обобщили накопленный теоретический материал, знания о клетках и первыми сформулировали основные положения клеточной теории.  Затем благодаря работам многих ученых была создана современная клеточная теория.

Основные положения современной клеточной теории:

1. Клетка — является элементарной живой системой, единицей строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов. То есть, живые организмы состоят из клеток, все процессы жизнедеятельности идут внутри клетки, развитие организма начинается с клетки, и они образуют дочерние клетки.

2. Клетки всех живых организмов сходны по строению, химическому составу и происхождению. То есть, в клетках всех организмов имеются сходные части, в состав всех клеток входят одни и те же химические элементы, в ходе эволюции клеточные организмы возникли от исходного предка.

3. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток. Новая клетка возникает в результате деления исходной материнской клетки.

4. Клетки многоклеточных организмов дифференцированы по функциям и образуют ткани и органы.  

Типовые задания по клеточной теории: даются 5-6 предложений, нужно выбрать те, которые отображают положения клеточной теории.

Совет, который нужно помнить: в положениях клеточной теории ничего не говорится о клетках растений, животных, грибов, бактерий, о половых и соматических клетках, о вирусах, об органоидах клетки и др. Клеточная теория отображает только общие факты о клетках.

Значение клеточной теории: она доказывает единство происхождения всех живых организмов, их родство.

Строение клетки эукариот

Эукариотическая клетка включает в себя три неразрывно связанные, жизненно важные части:

1. Ядро – главная часть клетки, хранит и передает наследственную информацию, управляет процессами в клетке.

Плазматическая мембрана (плазмолемма) – отграничивает содержимое клетки от межклеточного пространства, обеспечивает избирательный транспорт веществ, восприятие сигналов, способствует образованию тканей. В основе мембраны два слоя фосфолипидов и различные белки, выполняющие структурную, транспортную, рецепторную и каталитическую функции. Липиды мембраны придают пластичность, белки –избирательную проницаемость. Мембраны обладают свойством самозамыкаться и сливаться. Поверх мембраны у всех организмов, кроме животных, есть клеточная стенка из структурных полисахаридов.

Поверх мембраны животной клетки выступают сложные углеводы (гликолипиды и гликопротеины), связанные с липидами и белками мембраны, образующие гликокаликс, который позволяет распознавать клетки, воспринимать сигналы, объединяться в ткани. Холестерин находится внутри мембраны и придает ей прочность. Все мембраны в клеточных организмах, в том числе мембраны органоидов, устроены сходным образом.

2. Цитоплазма (цитозоль, гиалоплазма) – полужидкая среда, в которой расположены органоиды клетки, обеспечивает их взаимосвязь, транспорт веществ, в ней идут процессы. Цитоплазма пронизана микротрубочками, образующими цитоскелет.

Различают мембранные и немембранные части клетки. Мембранные органоиды могут иметь одну или две мембраны.

1. Двумембранные части клетки
Ядро. Строение: две мембраны- наружная мембрана ядерной оболочки связана с мембранами ЭПС. Имеет поры, образованные за счет слияния наружной и внутренней мембран. Внутри — кариоплазма (ядерный сок), содержащая наследственную информацию в виде хроматина, которая является составной частью хромосом. Хроматин перед делением образует хромосомы. Всегда присутствует одно или несколько ядрышек. Ядрышки синтезируют рибосомы. Функции: хранение наследственной информации и ее реализация через синтез белков, регуляция процессов в клетке. Ядро есть у всех эукариот, но не все клетки эукариот имеют ядро!!! Например, в зрелых эритроцитах крови человека ядро исчезает, нет его и в тромбоцитах.
Митохондрии Строение: спиральные, округлые, вытянутые органеллы,  длина до 7 мкм, имеют две мембраны и матрикс. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует выросты — кристы. Содержат собственные кольцевые молекулы ДНК, РНК, рибосомы (70S), могут сами размножаться, поэтому являются полуавтономными органоидами. Функции: синтезируют АТФ в ходе кислородного этапа ЭО в результате окисления органических веществ (ПВК, молочной кислоты). На кристах идут процессы окислительного фосфорилирования (цикл Кребса-цикл трикарбоновых кислот), в результате которых из АДФ восстанавливается (синтезируется) АТФ. При этом участвует фермент АТФ- синтетаза, молекулы-переносчики электронов и атомов водорода. В клетках, где идут процессы с большими затратами энергии (мышечные и нервные клетки) количество митохондрий всегда больше.
Пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты) Строение: две мембраны, имеют особые мембранные структуры — тилакоиды с хлорофиллами, уложенные стопками в граны. В строме содержатся собственные кольцевые молекулы ДНК, РНК, рибосомы(70S), могут сами размножаться, поэтому являются полуавтономными органоидами. Функции: хлоропластов- фотосинтез ( используют энергию света для синтеза глюкозы из углекислого газа и воды) х ромопластов -   придают различную окраску листьям, цветам и плодам; лейкопластов- запасающая- накапливают крахмал и другие вещества. В ходе фотосинтеза в строме идут циклические процессы синтеза глюкозы- цикл Кальвина.
СРАВНЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ И ХЛОРОПЛАСТОВ
Признаки		Митохондрии			Хлоропласты
Сходства:		1)Двойная мембрана. 2) Есть собственные кольцевые молекулы ДНК.3) Есть свои мелкие рибосомы, (70S), все виды РНК, идет синтез белков. 4) На мембранах синтезируют АТФ.5) Внутри есть ферменты, молекулы-переносчики, аккумуляторы энергии -НАДФ и НАДФ*2Н. 6)Полуавтономные: имеют свои кольцевые ДНК, сами могут размножаться, сами синтезируют белки (имеют свои рибосомы и все виды РНК.
Различия: Функция		Энергетические станции клетки. Синтезируют АТФ в ходе цикла Кребса и  реакций окислительного фосфорилирования			Фотосинтез Синтезируют глюкозу в ходе цикла Кальвина
Строение		Кристы –складки внутренней мембраны. Внутри крист есть матрикс со всеми веществами, нужными для дыхания.			Содержат граны (из тилакоидов - мешочков, заполненных хлорофиллом) и строму – пространство между гранами
Имеются		В клетках всех эукариот			Только у растений
Одномембранные органоиды
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)			Строение: одномембранные системы трубочек и канальцев, Пронизывают всю клетку, на мембранах могут располагаться рибосомы (шероховатая ЭПС),на гладкой ЭПС- рибосом нет. Функции: связывает органоиды между собой, Ø обеспечивает  транспорт веществ,  Ø на гладкой ЭПС - синтез углеводов, липидов, Ø на шероховатей ЭПС — синтез белков, предназначенных для «экспорта» из клетки.  (связана с комплексом Гольджи) Ø делит клетку на отсеки - компартменты
Комплекс Гольджи			Строение: представляет собой стопку дисковидных полостей и связанную с ними систему пузырьков Функции: накапливает вещества, придает белкам нужную структуру, формирует лизосомы, участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки — "экспортная система" клетки; участвует в создании мембран и клеточных стенок. В комплексе Гольджи формируются природные структуры белков (белки в виде первичной структуры поступают в полости и там приобретают соответствующие структуры). Поэтому в секреторных клетках желёз количество аппаратов Гольджи больше (они накапливают и выводят ферменты и гормоны белковой природы). В синапсах нейронов нужно синтезировать и выводить нейромедиаторы, поэтому там тоже много аппарата Гольджи.
Лизосомы			Строение: представляют собой одномембранные тельца овальной формы, наполненные пищеварительными ферментами. Функции: расщепляют с помощью ферментов биополимеры до мономеров в ходе подготовительного этапа ЭО, переваривают попавшие в клетку бактерии, удаляют путём переваривания ненужные части клеток. Могут разрушать отдельные органоиды, клетки и группы клеток (автолиз). Например, так рассасывается хвост головастика в ходе развития. У простейших образуют пищеварительную вакуоль.
Вакуоль Строение: одномембранные пузырьки, наполненные клеточным соком, с растворенными веществами (у растений) или разной жидкостью у животных. Функции: У растений обеспечивают тургор (давление внутри клетки), содержат запасные вещества (соли, кислоты, пигменты, сахара и др.). Только у растений есть крупная центральная вакуоль. У грибов тоже есть, но меньше размером и имеет каплевидную форму. Пероксисомы Строение: мелкие овальные органеллы, образуются из шероховатой ЭПС и комплекса Гольджи, живут 5-6 дней. Функции: содержат фермент каталазу, который разрушает Н2О2 – перекись водорода. Поэтому в клетках печени, где идет разрушение токсинов, их больше всего. Везикулы Строение: мелкие пузырьки, отпочковываются из комплекса Гольджи и ЭПС. Функции: содержат вещества, полученные из ЭПС и  комплекса Гольджи и транспортируют их к мембране для «экспорта» из клетки
	Немембранные органоиды
	Рибосомы			Строение: имеют диаметр около 20 нм, состоят из двух субъединиц — большой и малой, в состав которых входят молекулы р-РНК (рибосомальной) и рибосомальные белки. Функция: синтез белков. Рибосомы шероховатой ЭПС синтезируют белки на «экспорт» (они поступают в комплекс Гольджи, приобретают там соответствующие структуры, упаковываются в пузырьки и выносятся из клетки) Свободные рибосомы и полисомы синтезируют белки, которые используются в самой клетке. В образовании рибосом участвует ядрышко
				Строение: В состав клеточного центра животных, грибов и низших растений входят две центриоли (образованы двумя цилиндрами из микротрубочек).  У высших растений центриоли отсутствуют! Функции: участвуют в делении клетки (формируют веретено деления).
	Микротрубочки Строение: полые нитчатые структуры, состоящие из белков Функции: являются опорной основой цитоскелета, противодействуют растяжению и сжатию клетки, входят в состав ресничек, жгутиков, веретена деления, участвуют в транспорте веществ по цитоплазме. Клеточные включения Строение: представляют собой питательные вещества в виде мелких капелек жира, гранул крахмала или гликогена, реже – гранул белков, кристаллов соли. Функции: запасание веществ.
	Органоиды движения Ложноножки: выпячивания мембраны клетки, в которые перетекает цитоплазма. Функции: передвижение одноклеточных с непостоянной формой тела (амеба обыкновенная), захват пищи (у пищеварительных клеток кишечнополостных), захват чужеродных клеток и веществ (у лейкоцитов). Жгутики и реснички: покрыты мембраной, в середине две центральные микротрубочки, по периферии — девять двойных микротрубочек, в основании — базальные тельца Функции: обеспечивают движение многих одноклеточных организмов, реснички на поверхности клеток ресничного эпителия выполняют защитную функцию, сперматозоиды используют жгутики для передвижения.