Клеточный уровень организации живых систем

Цель работы

Обучаемый должен знать клеточный уровень организации живой материи и структурно-функциональную организацию клетки.

Обучаемый должен уметь изготавливать временный микропрепарат, описывать основные структурные элементы клетки и различать прокариотические и эукариотические клетки.

 

Бюджет времени

На изучение темы отводится 6 часов. Из них 2 часа – лекции, 2 часа практические занятия и 2 часа – на самоподготовку.

 

ЛИТЕРАТУРА

- Пехов А.П. Биология с основами экологии. - СПб.: Издательство «Лань», 2000. - 672 с.

- Биология. В2 кн./ Под ред. В.Н.Ярыгина.- М.: Высш. Шк., 2001.

Клетка – элементарная единица живой системы. Специфические функции в клетке распределены между органоидами – внутриклеточными структурами. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством в своих главных структурных особенностях.

Типы клеточной организации.

Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический.

Строение прокариотической клетки.

Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет обособленного ядра, единственная хромосома образована одной кольцевой ДНК и находится в цитоплазме; надмембранные структуры образованы клеточной стенкой, содержащей упрочняющий материал – муреин, так же у ряда бактерий снаружи от клеточной стенки распологается капсула; мембранные органеллы отсутствуют (их функции выполняют различные впячивания плазматической мембраны – мезосомы и тилакоиды); в цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру.

К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

Строение эукариотической клетки будет рассмотрено в дальнейшем.

Клеточная теория

Началом изучения клетки можно считать 1665 год, когда английский учёный Роберт Гук впервые увидел в микроскоп на тонком срезе пробки мелкие ячейки; он назвал их клетками.

По мере усовершенствования микроскопов появлялись все новые сведения о клеточном строении растительных и животных организмов.

С приходом в науку о клетке физических и химических методов исследования было выявлено удивительное единство в строении клеток разных организмов, доказана неразрывная связь между их структурой и функцией.

Рис. 2. Схема основных этапов развития представлений о клетке

Основные положения клеточной теории:

- Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов.

- Клетки всех одно- и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ.

- Размножаются клетки путём деления.

- В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым функциям и образуют ткани.

- Из тканей состоят органы.

В качестве подтверждения некоторых из приведенных выше положений клеточной теории назовем общие черты, характерные для животной и растительной клеток.

Общие признаки растительной и животной клетки:

· Единство структурных систем – цитоплазмы и ядра.

· Сходство процессов обмена веществ и энергии.

· Единство принципа наследственного кода.

· Универсальное мембранное строение.

· Единство химического состава.

· Сходство процесса деления клеток.

Таблица 5. Отличительные признаки растительной и животной клетки

Признаки	Растительная клетка	Животная клетка
Пластиды	Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты	Отсутствует
Способ питания	Автотрофный (фотосинтезирующие, хемосинтезирующие).	Гетеротрофный (сапротрофный, хемотрофный).
Синтез АТФ	В хлоропластах, митохондриях.	В митохондриях.
Расщепление АТФ	В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии.	В митохондриях и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии.
Клеточный центр	У низших растений.	Во всех клетках.
Целлюлозная клеточная стенка	Расположена снаружи от клеточной мембраны.	Отсутствует.
Включение	Запасные питательные вещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла; в вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей.	Запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; пигменты.
Вакуоли	Крупные полости, заполненные клеточным соком – водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами. Осмотические резервуары клетки.	Сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли. Обычно мелкие.

Значение клеточной теории: она доказывает единство происхождения всех живых организмов на Земле.

Рис. 3. Схема строения животной и растительной клеток

Таблица 6. Клеточные органеллы, их строение и функции

Органеллы	Строение	Функции
Цитоплазма	Находится между плазматической мембраной и ядром, включает различные органоиды. Пространство между органоидами заполнено цитозолем – вязким водным раствором разных солей и органических веществ, пронизанным системой белковых нитей – цитоскелетом.	Большинство химических и физиологических процессов клетки проходит в цитоплазме. Цитоплазма объединяет все клеточные структуры в единую систему, обеспечивает взаимосвязь по обмену веществами и энергией между органоидами клетки.
Наружная клеточная мембрана	Ультрамикроскопическая пленка, состоящая из бимолекулярного слоя липидов и белков (поверхностных и интегральных. Цельность липидного слоя может прерываться белковыми молекулами- "порами".	Изолирует клетку от окружающей среды, обладает избирательной проницаемостью, регулирует процесс поступления веществ в клетку; обеспечивает обмен веществ и энергии с внешней средой, способствует соединению клеток в ткани, участвует в пиноцитозе и фагоцитозе; регулирует водный баланс клетки и выводит из нее конечные продукты жизнедеятельности.
Эндоплазматиче-ская сеть (ЭС)	Ультрамикроскопическая система мембран образующих трубочки, канальцы, цистерны, пузырьки. Строение мембран универсальное (как и наружной), вся сеть объединена в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Гранулярная ЭС несет рибосомы, гладкая лишена их.	Обеспечивает транспорт веществ, как в нутрии клетки, так и между соседними клетками. Делит клетку на отдельные секции, в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции. Гранулярная ЭС участвует в синтезе белка. В каналах ЭС образуются сложные молекулы белка, синтезируются жиры, транспортируются АТФ.
Рибосомы	Мелкие сферические органоиды, состоящие из рРНК и белка.	На рибосомах синтезируются белки.
Аппарат Гольджи	Микроскопические одномембранные органеллы, состоящие из стопочки плоских цистерн (диктиосом), по краям которых ответвляются трубочки, отделяющие мелкие пузырьки.	В общей системе мембран любых клеток – наиболее подвижная и изменяющаяся органелла. В цистернах накапливаются продукты синтеза распада и вещества, поступившие в клетку, а также вещества, которые выводятся из клетки. Упакованные в пузырьки, они поступают в цитоплазму: одни используются, а другие выводятся наружу.
Лизосомы	Микроскопические одномембранные органеллы округлой формы. Их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния. В лизосомах находятся лизирующие (растворяющие) ферменты, синтезированные на рибосомах.	Переваривание пищи, попавшей в животную клетку при фагоцитозе и пиноцитозе. Защитная функция. В клетках любых организмов осуществляют автолиз (саморастворение органелл) особенно в условиях пищевого или кислородного голодания у животных рассасывается хвост. У растений растворяются органеллы при образовании пробковой ткани сосудов древесины.
Митохондрии	Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты – кристы. В матриксе митохондрии (полужидком веществе) находятся ферменты, рибосомы, ДНК, РНК.	Универсальная органелла является дыхательным и энергетическим центром. В процессе кислородного (окислительного) этапа в матриксе с помощью ферментов происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез АТФ на (кристах).
Лейкопласты	Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внутренняя мембрана образует 2–3 выроста. Форма – округлая. Бесцветны.	Характерны для растительных клеток. Служат местом отложения запасных питательных веществ, главным образом крахмальных зерен. На свету их строение усложняется, и они преобразуются в хлоропласты. Образуются из пропластид.
Хлоропласты	Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Наружная мембрана гладкая. Внутренняя мембрана образует систему двухслойных пластин – тилакоидов стромы и тилакоидов гран. В мембранах тилакоидов гран между слоями молекул белков и липидов сосредоточены пигменты – хлорофилл и каротиноиды. В белково-липидном матриксе находятся собственные рибосомы, ДНК, РНК.	Характерны для растительных клеток органеллы фотосинтеза, способные создавать из неорганических веществ (CO2 и H2O) при наличии световой энергии и пигмента хлорофилла органические вещества – углеводы и свободный кислород. Синтез собственных белков. Могут образовываться из пластид или лейкопластов, а осенью перейти в хлоропласты (красные и оранжевые плоды, красные и желтые листья).
Клеточный центр	Ультрамикроскопическая органелла немембранного строения. Состоит из двух центриолей. Каждая имеет цилиндрическую форму, стенки образованы девятью триплетами трубочек, а в середине находится однородное вещество. Центриоли расположены перпендикулярно друг другу.	Принимает участие в делении клеток животных и низших растений. В начале деления (в профазе) центриоли расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей к центромерам хромосом отходят нити веретена деления. В анафазе эти нити притягивают хроматиды к полюсам. После окончания деления центриоли остаются в дочерних клетках. Удваиваются и образуют клеточный центр.
Клеточные включения (непостоянные структуры)	Плотные в виде гранул включения, имеющие мембрану (например, вакуоли).	Содержат запасные питательные вещества.
Органоиды движения	Реснички – многочисленные цитоплазмические выросты на поверхности мембраны.	Удаление частичек пыли (реснитчатые эпителии верхних дыхательных путей), передвижение (одноклеточные организмы).
Жгутики – единичные цитоплазматические выросты на поверхности клетки.	Передвижение (сперматозоиды, зооспоры, одноклеточные организмы).
Ложные ножки (псевдоподии) – амебовидные выступы цитоплазмы.	Образуются у животных в разных местах цитоплазмы для захвата пищи, для передвижения.
Миофибриллы – тонкие нити до 1 см. длиной и больше.	Служат для сокращения мышечных волокон, вдоль которых они расположены.
Цитоплазма, осуществляющая струйчатое и круговое движение.	Перемещение органелл клетки по отношению к источнику света (при фотосинтезе), тепла, химического раздражителя.