Клеточная теория: понятие, основные положения, значение для современной биологии и медицины.

Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов.

Клеточная теория. Клеточная теория считается одним из крупнейших теоретических обобщений в биологии. Ее основные положения сводятся к следующим:

• клетка – элементарная структурная и функциональная единица живого;
• все живые организмы (за исключением вирусов) имеют клеточное строение. Такие процессы, как питание, дыхание, выделение и обмен веществ в целом, рост, развитие, раздражимость, проявляются на клеточном уровне;
• клетки разных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ, т. е. они гомологичны;
• размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
• рост и развитие организма – следствие размножения и роста клеток;
• жизнь клетки характеризуется обратимыми процессами обмена веществ и необратимым развитием;
• сходство строения клеток одноклеточных и многоклеточных организмов – свидетельство о единстве происхождения всего живого;
• в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям, объединены в целостные системы тканей и органов, связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Клеточная теория подтверждает структурное и генетическое единство живой природы. Она играет существенную роль в понимании современной научной картины мира и эволюции живой природы. Методы цитологии. Более двух веков строение клеток изучалось с помощью светового микроскопа. Оптическая микроскопия обеспечивает увеличение в 8000 раз.

Достижения в цитологии были напрямую связаны с усовершенствованием микроскопа и развитием методов цитологических исследований. Совершенствование методов приготовления микроскопических срезов было обусловлено изобретением микротома – прибора, позволяющего получать срезы толщиной всего в несколько микрометров.

Эффективность методов окрашивания микропрепаратов повысилась благодаря применению разнообразных красителей, позволивших получить контраст между различными клеточными структурами, которые на препаратах, как правило, прозрачны. Методы быстрой фиксации препаратов обеспечили сохранение изначальной структуры объектов и облегчили их дальнейшее изучение с помощью микроскопа.

Новая эпоха в развитии цитологии связана с изобретением в 30-е годы XX в. электронного микроскопа (рис. 5). Широкое применение методов электронного микроскопирования в биологии началось с середины 40-х годов прошлого века. Вместо светового излучения в электронном микроскопе используется пучок электронов. Максимальное разрешение, которое позволяет получить на практике электронный микроскоп, в 100 раз больше, чем позволяет получить световой микроскоп.

В современной цитологии применяются и другие методы исследования.

Метод меченых атомов (метод изотопного мечения) применяется при изучении биохимических процессов, идущих в клетках. Для исследования превращений какого-либо вещества в него вводят так называемую радиоактивную метку, т. е. в его молекуле заменяют один из атомов соответствующим радиоактивным изотопом. Радиоактивный изотоп сигнализирует излучением о своем местонахождении в клетке, что позволяет пронаблюдать последовательность этапов химических превращений данного вещества, продолжительность конкретных процессов по времени, их приуроченность к различным клеточным структурам, зависимость от разных условий и т. д.

Метод дифференциального центрифугирования используется для фракционирования клеток, т. е. расслоения их содержимого на фракции в зависимости от удельного веса различных органоидов и клеточных включений. Для этого тонко измельченные клетки вращают в специальном аппарате – ультрацентрифуге. В результате центрифугирования компоненты клеток выпадают в осадок из раствора, располагаясь в соответствии со своей плотностью. Более плотные структуры осаждаются при более низких скоростях центрифугирования, а менее плотные – при высоких скоростях. Полученные слои разделяют и изучают отдельно.

В современной цитологии используется метод микрургии (микрохирургии), позволяющей экспериментаторам пересаживать или удалять из клетки ядро, ядрышки, части мембраны и др.

Применение новейших методов цитологических исследований подтвердило одно из положений клеточной теории: клетки различных организмов имеют принципиальное сходство в строении своих структур.

1. Формы организации живого вещества: понятие, разновидности, характеристика, примеры.

 

Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов в биосфере. Оно развивается там, где может существовать жизнь, т.е на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В неблагоприятных условиях живое вещество переходит в состояние анабиоза.

В процессе эволюции выработалось 2 основные формы организации живого: клеточная и неклеточная, являющаяся производной жизнедеятельности клеток. Среди неклеточных различают симпластическую, синцитиальную формы организации и межклеточное вещество.

Межклеточное вещество (внеклеточный матрикс): понятие, характеристика, пример.

Внеклеточным матриксом называют внеклеточные структуры ткани (интерстициальный матрикс и базальные мембраны). Внеклеточный матрикс составляет основу соединительной ткани, обеспечивает механическую поддержку клеток и транспорт химических веществ. Кроме того, клетки соединительной ткани образуют с веществами матрикса межклеточные контакты (гемидесмосомы, адгезивные контакты и др.), которые могут выполнять сигнальные функции и участвовать в локомоции клеток. Так, в ходе эмбриогенеза многие клетки животных мигрируют, перемещаясь по внеклеточному матриксу, а отдельные его компоненты играют роль меток, определяющих путь миграции.

Основные компоненты внеклеточного матрикса — гликопротеины, протеогликаны и гиалуроновая кислота. Коллаген является превалирующим гликопротеином внеклеточного матрикса у большинства животных. В состав внеклеточного матрикса входит множество других компонентов: белки фибрин, эластин, а также фибронектины, ламинины и нидогены; в состав внеклеточного матрикса костной ткани входят минералы, такие как гидроксиапатит; можно считать внеклеточным матриксом и компоненты жидких соединительных тканей — плазму крови и лимфатическую жидкость.

Пример: Межклеточное вещество рыхлой неоформленной соединительной ткани

Симпласт: понятие, характеристика, пример. Симпласт представляет собой скопление цитоплазмы, содержащий много ядер. Классическим примером является мышечное волокно скелетной мышечной ткани, которое представляет собой массу цитоплазмы в виде тяжа, по периферии которого лежат мелкие многочисленные овальной формы ядра. Симпластическое строение характерно для поперечно-полосатых мышечных волокон, некоторых простейших (инфузорий, фораминифер, многоядерных стадий развития малярийных плазмодиев и др.), зародышей ряда насекомых на ранних стадиях развития. Симпласт образуется в результате слияния нескольких клеток или деления ядер без последующего цитокинеза.

Синцитий: понятие, характеристика, пример.

Синцитиальная форма встречается очень редко. Она представляет собой совокупность клеток, которые с помощью своих отростков анастамозируют друг с другом. При этом цитоплазма одной клетки свободно переходит в цитоплазму другой клетки. Эта форма наблюдается в мужском организме в процессе образования половых клеток. Наличие синцитиальных связей между половыми клетками обеспечивает синхронность в развитии сперматозоидов.

 

6. Общий план строения клетки.

Общий план строения клетки. По строению клеток живые организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты. Прокариоты (от лат. про — перед, вместо, от греч. карион — ядро) — доядерные организмы. Их клетки не имеют ядра. К прокариотам относятся бактерии. Эукариоты (от греч. эу — полностью, хорошо, карион — ядро) — организмы, клетки которых содержат ядро (ядерные организмы). Эукариотами являются протисты, грибы, растения и животные.

 

Клетки организмов разных царств отличаются друг от друга размерами, формой, особенностями строения (рис. 27), выполняемыми функциями. Более того, существенные различия можно обнаружить в строении и функциях клеток разных тканей одного организма.

Несмотря на многообразие клеток, все они имеют единый принцип организации (рис. 28, 29). Клетка состоит из трех основных частей: поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядра (у эукариот). Рассмотрим строение клеток ядерных организмов.

Поверхностный аппарат образован цитоплазматической мембраной и над-мембранным комплексом. Поверхностный аппарат ограничивает внутреннее содержимое клеток, защищает его от внешних воздействий, осуществляет обмен веществ между клеткой и внеклеточной средой. Надмембранный комплекс клеток растений, грибов и многих протистов представлен плотной, часто многослойной, разнообразной по строению клеточной стенкой (оболочкой). Клетки животных покрыты только цитоплазматической мембраной.

Цитоплазма (от греч. китос — клетка, ячейка, плазма — оформленный) включает внутреннюю среду клеток — гиалоплазму — и погруженные в нее цитоскелет, органоиды и включения. Цитоскелет (внутриклеточный скелет) — это система микротрубочек и микрофиламентов (микронитей). Он выполняет опорную функцию и обеспечивает внутриклеточные движения.

 

Органоиды — постоянные структуры цитоплазмы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции. Органоиды можно разделить на две группы: мембранные и немембранные. Мембранные органоиды также представлены двумя типами — двумембранными и одномембранными. К двумембранным органоидам относятся митохондрии и пластиды. Одномембранными органоидами являются эндоплазматическая сеть, комплекс Голь-джи, лизосомы и вакуоли. К немембранным органоидам относятся рибосомы и клеточный центр.

Включения — непостоянные внутриклеточные образования. Они могут появляться в процессе жизнедеятельности, исчезать и вновь образовываться. Включения в основном представляют собой запасные вещества или конечные продукты обмена веществ клетки. Это могут быть, например, липидные капли, гранулы (зерна) крахмала или гликогена, кристаллы солей.

Ядро — важнейшая структура клеток эукариот, имеющая двумембранное строение. В нем содержится ДНК, которая является носителем наследственной информации. Ядро обеспечивает хранение и реализацию наследственной информации, а также ее передачу дочерним клеткам.