|
Меню
|
|
|
|
|
|
|
Реферат: Учение о клетке
|
|
|
Реферат: Учение о клетке
УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ
Глава1. ИЗУЧЕНИЕ КЛЕТКИ. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ
Клетка — основная структурная и функциональная единица организма.
Долгое время биология изучала свойства животных и растений основе их
макроскопического строения (видимого невооруженным глазом). Глубже в строение
и функции организмов она проникла после открытия их клеточного строения и
изучения клетки как основной структурной и функциональной единицы.
Размеры клеток обычно порядка нескольких микрометров 1 мкм - 0,001 мм); самые
мелкие—от 0,5 до 1,2 мкм, что делает недоступными для изучения невооруженным
глазом. Открытие исследование клетки тесно связано с изобретением и
усовершенствованием микроскопа.
В 1665 г. английский естествоиспытатель Роберт Гук с помощью микроскопа впервые
установил «клеточное строение» на случайно выбранном для наблюдения
растительном объекте — мертвой Щи, пробке. Он ввел понятие «клетка» для
обозначения наблюдения в пробке пустых ячеек, поэтому свойства живой материи
Гук ошибочно связывал с клеточной стенкой.
В последней трети XVII в. в работах голландского ученого А.. Левенгука были
описаны выдающиеся открытия, в частности клеточное строение животных, но только
в 30-е годы прошлого столетия было установлено, что клетки не полые пузырьки, а
заполнены полужидким содержимым — «протоплазмой». В 1831 г. Р. Броун
впервые описал ядро.
В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден пришел к заключению, что ядро является
обязательным компонентом всех растительных клеток. Его соотечественник зоолог
Т. Шванн, сопоставив клетки животных и растительных организмов, сделал вывод,
что все они сходны. Это дало основание М. Шлейдену и Т. Шванну сформулировать
основное положение клеточной теории: все растительные и животные организмы
состоят из клеток, сходных по строению.
В 1858 г. немецкий ученый Р. Вирхов внес в клеточную теорию важное
дополнение. Он доказал, что число клеток в организме увеличивается в
результате их деления, так как клетка происходит только от клетки.
Открытие клеточного строения у живых организмов Ф. Энгельс отнес к числу трех
важнейших открытий XIX столетия в области естествознания наряду с законом
сохранения энергии и эволюционным учением Ч. Дарвина. Хотя клеточная теория не
сразу получила всеобщее признание, тем не менее она явилась мощным стимулом
интенсивного изучения клетки. Появились новые замечательные открытия. В
1877—1881 гг. Э. Руссов и И. Горожанкин впервые наблюдали и описали
цитоплазматические соединения между растительными клетками — плазмодесмы.
Позднее их формирование и структуру изучали немецкие ботаники Э. Страсбургер и
Ю. Сакс. Таким образом были доказаны взаимосвязь клеток в тканях и органах и,
следовательно, материальная основа целостности организма.
Целая эпоха в развитии наших знаний о внутриклеточной структуре и физиологии
клетки связана с открытием и изучением деления ядер — кариокинеза — и
деления клеток - цитокинеза (работы П. Чистякова, Э. Страсбургера, Л.
Гиньяра и др.).
Развитие наших знаний о клеточном строении основывалось на данных светового
микроскопирования. Но разрешающая способность светового микроскопа
ограничена. С помощью светового микроскопа нельзя рассматривать
ультраструктуры клетки, измеряемые нанометрами (1 нм - 0,001 мкм). С
открытием же электронного микроскопа, который позволяет увеличивать тонкие
структуры клетки в 100 000 раз и больше, возможности изучения клетки резко
возросли.
Современные методы исследования позволяют учитывать взаимосвязь структуры и
функции, т.е. изучать клетки в единстве с физиологией. Так, один из
биохимических методов — хроматография — позволяет установить не только
качественные, но и количественные соотношения внутриклеточных компонентов;
метод фракционного центрифугирования — изучить отдельные компоненты клетки —
ядро, пластиды, митохондрии, рибосомы и др.
Современная клеточная теория включает следующие положения: клетка — основная
единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;
клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему
строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и
обмену веществ; размножаются клетки путем деления, каждая новая клетка
образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; в
многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции
и образуют ткани; из тканей состоят органы.
Значение клеточной теории заключается в том, что она доказывает единство
происхождения всех живых организмов на Земле.
Глава 2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ
Сходство химического состава клеток всех организмов служит доказательством
единства живой природы. Вместе с тем нет ни одного химического элемента,
содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в телах неживой
природы. Это подтверждает мнение о единстве материи.
Элементы, входящие в состав клетки, %
| Кислород — 65—75 | Магний — 0,02—0,03 | Цинк - 0,0003 | Углерод — 15—18 | Натрий — 0,02—0,03 | Медь — 0,0002 | Водород — 8—10 | Кальций — 0,04—2,00 | Йод — 0,0001 | Азот— 1,5—3,0 | Железо — 0,01—0,015 | Фтор — 0,0001 | | Калий—0,15—0,40 | | | Сера — 0,15—0,20 | | | Фосфор — 0,20—1,00 | | | Хлор — 0,05—0,10 | |
В приведенном перечне кислород, углерод, водород и азот — группа элементов,
которыми живые существа богаче всего. Вторая группа объединяет 8 элементов,
представленных десятыми и сотыми долями процента. Их общая масса — около 1,9
%. В третью группу входят такие элементы, которых в живой клетке очень мало,—
микроэлементы, но и они совершенно необходимы для ее нормального
функционирования. В живых организмах все эти элементы входят в состав
неорганических и органических соединений, которые и образуют живую материю.
В основном клетки живых существ построены из органических веществ.
В состав клеток входят и неорганические соединения. За исключением воды, они
составляют незначительную долю по сравнению, с содержанием органических
веществ.
В то время как неорганические соединения существуют и в неживой природе,
органические соединения характерны только для живых организмов. В этом
существенное различие между живой и неживой природой.
Соотношение в клетке воды, органических и неорганических веществ, %
Вода... 70—85 | | 1—2 | Белки...10—20 | АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества | 0,1—0,5 | Жиры... 1—5 | Неорганические вещества (кроме воды) | 1—1,5 | Углеводы...0,2—2,0 | | |
Неорганические вещества. Большое значение в жизнедеятельности клетки имеет
вода. Прежде всего она является растворителем, а все обменные процессы могут
протекать лишь в растворах. Вода играет важную роль во многих реакциях,
происходящих в организме, например в реакциях гидролиза, при которых
высокомолекулярные органические вещества (белки, жиры, углеводы) расщепляются
благодаря присоединению к ним воды. С помощью воды обеспечивается перенос
необходимых веществ от одной части организма к другой. Чем выше биохимическая
активность клетки или ткани, тем выше содержание в них воды. Велика ее роль и в
теплорегуляции клетки и организма в целом. Другие неорганические вещества —
соли — находятся в организмах в виде анионов и катионов в растворах и в виде
соединений с органическими веществами. Важное функциональное значение для
нормальной жизнедеятельности клетки имеют катионы К+, Na+
, Ca2+, Ms2+ и анионы НР042-, H
2PO4-, НСОз-, СI-.
В соединении с органическими веществами особое значение имеют сера, входящая
в состав многих белков, фосфор как обязательный компонент нуклеотидов ДНК и
РНК, железо, находящееся в составе белка крови гемоглобина, и магний,
содержащийся в молекуле хлорофилла. Кроме того, фосфор в форме
нерастворимого фосфорнокислого кальция составляет основу костного скелета
позвоночных и раковин моллюсков.
Органические вещества. В составе клетки они представлены белками,
углеводами, жирами, нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК) и аденозинтрифосфатом
(АТФ).
Белки. Это основная составная часть любой живой клетки. На их долю приходится
50—80 % сухой массы клетки. Химический состав белков чрезвычайно разнообразен,
и в то же время все они построены по одному принципу. Белок—это полимер,
молекула которого состоит из многих мономеров — молекул аминокислот. Всего
известно-20 различных аминокислот, входящих в состав белков. Каждая из них
имеет карбоксильную группу (СООН), аминогруппу (NH2) и радикал,
которым одна аминокислота отличается от другой. В молекуле белка аминокислоты
химически соединены
прочной пептидной связью (—CO—NH—), в которой углерод карбоксильной
группы одной аминокислоты соединяется с азотом аминогруппы последующей
аминокислоты. При этом выделяется молекула воды. Соединение, состоящее из двух
или большего числа аминокислотных остатков, называется полипептидом.
Последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяет первичную
структуру молекулы белка.
В молекуле того или иного белка одни аминокислоты могут многократно
повторяться, а другие совсем отсутствовать. Общее число аминокислот,
составляющих одну молекулу белка, иногда достигает нескольких сотен тысяч. В
результате молекула белка представляет собой макромолекулу, т.е. молекулу с
очень большой молекулярной массой.
Химические и физиологические свойства белков определяются не только тем, какие
аминокислоты входят в их состав, но и тем, какое место в длинной цепочке
белковой молекулы занимает каждая из аминокислот. Так достигается огромное
разнообразие первичной структуры белковой молекулы. В живой клетке белки имеют
еще вторичную и третичную структуру. Вторичная структура белковой
молекулы достигается ее спирализацией; длинная цепочка соединенных между собой
аминокислот закручивается в спираль, между изгибами которой возникают более
слабые водородные связи. Третичная структура определяется тем, что
спирализованная молекула белка еще многократно и закономерно сворачивается,
образуя компактный шарик, в котором звенья спирали соединяются еще более
слабыми бисульфидными связями (-S—S—). Кроме того, в живой клетке могут быть и
более сложные формы — четвертичная структура, когда несколько молекул
белка объединяются в агрегаты постоянного состава (например, гемоглобин).
Белки выполняют в клетке разнообразные функции. Функциональной активностью
обладают белки с третичной структурной организацией, но в большинстве случаев
только переход белков третичной организации в четвертичную структуру
обеспечивает специфическую функцию.
Ферментативная функция. Все биологические реакции в клетке протекают при
участии особых биологических катализаторов — ферментов, а любой фермент —
белок, ферменты локализованы во всех органеллах клеток и не только направляют
ход различных реакций, но и ускоряют их в десятки и сотни тысяч раз. Каждый из
ферментов строго специфичен. Так, распад крахмала и превращение его в сахар
(глюкозу) вызывает фермент амилаза, тростниковый сахар расщепляет только
фермент инвертаза и т.д. Многие ферменты давно уже применяют в медицинской, а
также в пищевой (хлебопечение, пивоварение и др.). промышленности.
Структурная функция. Белки входят в состав всех мембран, окружающих и
пронизывающих клетку, и органелл. В соединении с ДНК белок составляет тело
хромосом, а в соединении с РНК — тело рибосом. Растворы низкомолекулярных
белков входят в состав жидких фракций клеток.
Транспортная функция. Именно с белками связан перенос кислорода, а также
гормонов в теле животных и человека (его осуществляет белок крови —
гемоглобин).
Двигательная функция. Все виды двигательных реакций клетки выполняются
особыми сократительными белками, которые обусловливают сокращение мускулатуры,
движение жгутиков и ресничек у простейших, перемещение хромосом при делении
клетки, движение растений.
Защитная функция. Многие белки образуют защитный покров, предохраняющий
организм от вредных воздействий, например роговые образования — волосы, ногти,
копыта, рога. Это механическая защита.
В ответ на внедрение в организм чужеродных белков (антигенов) в клетках крови
вырабатываются вещества белковой природы (антитела), которые обезвреживают их
, предохраняя организм от повреждающего действия. Это иммунологическая
защита.
Энергетическая функция. Белки могут служить источником энергии.
Расщепляясь до конечных продуктов распада — диоксида углерода, воды и
азотсодержащих веществ, они выделяют энергию, необходимую для многих жизненных
процессов в клетке.
Углеводы. Это необходимый компонент любой клетки. В растительных клетках их
значительно больше, чем в животных. Углеводы содержат только углерод, водород
и кислород. К простейшим углеводам относятся простые сахара (модосахариды).
Они содержат пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода и столько же
молекул воды. Примерами моносахаридов могут служить глюкоза и фруктоза,
находящиеся во многих плодах растений. Кроме растений глюкоза входит также в
состав крови.
Сложные углеводы состоят из нескольких молекул простых углеводов. Из двух
моносахаридов образуется дисахарид. Пищевой сахар (сахавоза), например,
состоит из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Значительно большее число
молекул простых углеводов входит в такие сложные углеводы, как крахмал,
гликоген, клетчатка (целлюлоза). В молекуле клетчатки, например, от 300 до
3000 молекул глюкозы.
Углеводы — своеобразное «топливо» для живой клетки;
окисляясь, они высвобождают химическую энергию, которая расходуется клеткой
на процессы жизнедеятельности. Углеводы выполняют и важные строительные
функции, например у растений из них образуются стенки клеток.
Жиры и липоиды. В качестве обязательного компонента содержатся в любой
клетке. Жиры представляют собой соединение глицерина с различными жирными
кислотами, липоиды — эфиры жирных кислот и спиртов, но не глицерина. Именно
этим кислотам липоиды обязаны своим важным биологическим свойством — не
растворяться в воде. Этим же определяется и их роль в биологических мембранах
клетки. Средний, липидный, слой мембран препятствует свободному перемещению
воды из клетки в клетку. Жиры используются клеткой как источник энергии.
Подкожный жир играет важную теплоизоляционную роль.
Страницы: 1, 2
|
|
|
|
НОВОСТИ
|
|
|
|
|
|