Содержание 

 

 

Введение

 

     Наука о клетке называется цитологией (греч. "цитос" клетка, "логос" - наука). Клетка является единицей живого: она обладает способностью размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражители. Впервые название "клетка" применил Роберт Гук в середине XVII в. при рассмотрении под микроскопом, им сконструированным, тонкого среза пробки. Он увидел, что  пробка состоит из ячеек - клеток (англ. "cell" - камера, келья). К началу XIX в., после того как появились хорошие микроскопы, были разработаны методы фиксации и окраски клетки, представления о клеточном строении организмов получили общее признание.  

     В 1838 - 1939 гг. двое немецких ученых - ботаник  М. Шлейден и зоолог Т. Шванн, собрали все доступные им сведения и наблюдения в единую  теорию, утверждавшую, что клетки, содержащие ядра, представляют  собой структурную функциональную основу всех живых существ. Спустя примерно 20 лет после провозглашения Шлейдоном и Шванном клетки другой немецкий ученый – врач Р. Вирхов сделал очень важное обобщение: клетка может возникнуть из предшествующей клетки. Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие с клетки и этой клеткой является зигота. 

 

      1 Клетка  и её функции

 

     Современная клеточная теория включает следующие  основные положения:

• клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов,  наименьшая единица живого;
• клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;
• размножение клеток происходит путем их деления, т.е. каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Положения о генетической непрерывности относиться не только к клетке в целом, но и некоторым из её более мелких компонентов - к генам и хромосомам, а также к генетическому механизму, обеспечивающему передачу вещества наследственности следующему поколению;
• в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

     Клетка  – это элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самопроизведению.

 

      2 Строение клетки

 
 

     Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две  группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический

2.1 Строение прокариотической  клетки

     Клетки  прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме; мембранные органеллы отсутствуют (их функцию выполняют различные впячивания плазматической мембраны); в цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. К прокариотам относят бактерии.

     Большинство современных живых организмов относится  к одному из трех царств – растений, грибов или животных, объединяемых в надцарство эукариот.

     В зависимости от количества, из которых  состоят организмы, последние делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной единственной клетки, выполняющей все функции. Многие из этих клеток устроены гораздо сложнее, чем клетке многоклеточного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшие, некоторые зеленые водоросли и грибы.

2.2 Строение эукариотической  клетки

     Типичная  эукариотическая клетка состоит  из трех компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра.

     Клеточная оболочка выполняет важные и весьма разнообразные функции: определяет и поддерживает форму клетки; защищает клетку от механических воздействий проникновения повреждающих биологических агентов ; осуществляет рецепцию многих молекулярных сигналов (например, гормонов); ограничивает внутреннее содержимое клетки; регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава.

     Цитоплазма. Органоиды и включения.

     Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки. Цитоплазматические структуры клетки представлены включениями и органоидами. Включения – относительно непостоянные, встречающиеся в клетках некоторых типов в определенные моменты жизнедеятельности, например, в качестве запаса питательных веществ (зерна крахмала, белков, капли гликогена) или продуктов подлежащих выделению из клетки. Органоиды – постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющим специфическую структуру и выполняющим жизненно важную функцию. 

     Клеточное ядро.

     Ядро  – наиболее важный компонент эукариотических  клеток.

     Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются  и многоядерные клетки (у ряда простейших, в скелетных мышцах позвоночных). Некоторые высоко специализированные клетки утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих, например).

     Ядро, как правило,  имеет шаровидную или овальную форму, реже может быть сегментированным или веретеновидном. В состав ядра входят ядерная оболочка и кариоплазма, содержащая хроматин (хромосомы) и ядрышки.

     Ядерная оболочка образована двумя мембранами (наружной и внутренней) и содержит многочисленные поры, через которые между ядром и цитоплазмой происходит обмен различными веществами.

     Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой  желеобразный раствор, в котором находятся разнообразные белки, нуклеотиды, ионы, а также хромосомы и ядрышко.

     Ядрышко – небольшое округлое тельце, интенсивно окрашивающееся и  обнаруживающееся в ядрах неделящихся клеток.

     Хромосомы – плотные, интенсивно окрашивающиеся структуры, которые являются единицами морфологической организации генетического материала и обеспечивают его точное распределение при делении клетки.

     Число хромосом в клетках каждого биологического вида постоянно. Обычно в ядрах клеток тела (соматических) хромосомы представлены парами, в половых клетках они не парны.

     Ядро  осуществляет хранение и реализацию генетической информации, управление процессом биосинтеза белка, а через белки – всеми другими процессами жизнедеятельности. Ядро участвует в репликации и распределении наследственной информации между дочерними клетками, а следовательно, и в регуляции клеточного деления и процессов развития организма.

 

      3 Воспроизведение клеток

 

     Все живые организмы состоят из клеток. Развитие, рост, становление типичной структуры организма осуществляется благодаря одной или группы исходных клеток. В процессе жизнедеятельности часть клеток изнашивается, стареет и погибает. Для поддержания структуры и нормального функционирования организм должен производить новые клетки на смену старым. Единственным способом образования клеток является деление предыдущих. Деление клеток – жизненно важный процесс для всех организмов.

3.1 Амитоз

     Амитоз  – относительно редкий и малоизученный  способ деления клетки. Описан он для стареющих и патологически измененных клеток. При амитозе интерфазное ядро делится путем перетяжки, равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. Нередко ядро делится без последующего разделения цитоплазмы и образуются двухъядерные клетки. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшим не способна вступать в нормальный митотический цикл. Поэтому амитоз встречается, как правило, в клетках и тканях, обреченных на гибель, например, в клетках зародышевых оболочек млекопитающих, в клетках опухолей.

3.2 Митоз

     Митоз (от греч. mitos - нить), кариокинез, непрямое деление клетки, наиболее распространённый способ воспроизведения (репродукции) клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений. Биологическое значение М. определяется сочетанием в нём удвоения хромосом путём продольного расщепления их и равномерного распределения между дочерними.

     Продолжительность митоза зависит от размеров клеток, их плоидности, числа ядер, а также от условий окружающей среды, в частности от температуры. В животных клетках М. длится 30-60 мин, в растительных - 2-3 часа.

3.3 Мейоз

     Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение), редукционное деление, деления созревания, способ деления клеток, в результате которого происходит уменьшение (редукция) числа хромосом в два раза и одна диплоидная клетка (содержащая два набора хромосом) после двух быстро следующих друг за другом делении даёт начало 4 гаплоидным (содержащим по одному набору хромосом).

     Восстановление диплоидного числа хромосом происходит в результате оплодотворения. М. - обязательное звено полового процесса и условие формирования половых клеток (гамет). Биологическое значение М. заключается в поддержании постоянства кариотипа в ряду поколений организмов данного вида и обеспечении возможности рекомбинации хромосом и генов при половом процессе. М. - один из ключевых механизмов наследственности и наследственной изменчивости. Поведение хромосом при М. обеспечивает выполнение основных законов наследственности.

 

      4 Многообразие  клеточных типов

 

     В 1924 г. в книге А.И.Опарина впервые  была сформулирована естественнонаучная концепция, согласно которой возникновение жизни - результат длительной эволюции на Земле: сначала химической, затем биологической. С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, являющейся результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь -  это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля. Жизнь возможна только при определённых физических и химических условиях.

     Жизнь возникла не тогда, когда образовались очень сложные органические соединения, а тогда, когда начал действовать механизм редупликации. Начало жизни на Земле - появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. На границе между коацерватами - сгустками органических веществ - могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть клетка, способная к росту.

       Таким образом, завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка. Это было величайшим качественным скачком  в эволюции материи. Однако механизм такого перехода пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны белки, а для создания белков - нуклеиновые кислоты. По этому поводу существуют разные гипотезы, но все они так или иначе  не полны. В настоящее время наиболее перспективными являются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации, синергетики. Синергетика изменила представление о мире, развитие понимается как процесс становления качественно нового, того, что ещё не существовало в природе и предсказать которое невозможно. Как показывает синергетика энергия имела для возникновения жизни не меньшее значение, чем вещество.

     Следующим шагом в организации должно быть образование мембран, которые отделяли смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и получается клетка - «единица жизни», главное структурное отличие живого от неживого. В проблеме возникновения жизни ещё много неопределённого, она ещё далека от своего окончательного разрешения. Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять, почему в наше время невозможно появление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения. Состав клетки: 70% кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется  свыше 10000 разных белков. Первичные живые организмы  были анаэробными ( жили без кислорода) питались и воспроизводились за счёт «органического бульона», возникшего из неорганических систем. С «кислородной революцией» связан  переход от прокариотов (клетки у которых нет ядра) к эукариотам ( есть ядро, где сосредоточены хромосомы). Прокариоты - это простые, выносливые организмы, обладающие высокой способностью к быстрому размножению, легко  приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Клетки без ядра напоминают нынешние бактерии и сине-зелёные водоросли. Возраст самых древних организмов около 3 млрд. лет.