Гистология (Схема строения животной клетки по данным электронного микроскопа )
Схема строения животной клетки по данным электронного микроскопа.
[pic]
План реферата
1. Введение
..........................................................................
...... 1
1. Строение и функции оболочки клетки ......................... 2
Оболочка клеток
............................................................................
..........2
Плазматическая мембрана
...................................................................2
Фагоцитоз
............................................................................
......................3
Цитоплазма
............................................................................
....................3
Эндоплазматическая сеть
.....................................................................4
Рибосомы
............................................................................
........................4
Митохондрии
............................................................................
.................4
Пластиды
............................................................................
.........................5
Аппарат Гольджи
............................................................................
..........5
Лизосомы
............................................................................
.........................6
Клеточный центр
............................................................................
..........6
Клеточные включения
............................................................................
6
Ядро
............................................................................
...................................6
1. Химический состав клетки. Неорганические вещества....6
Атомный и молекулярный состав клетки
.......................................... 6
Содержание химических элементов в клетке (таблица) ...............7
Введение
Цитология - наука о клетке. Наука о клетке называется цитологией (греч.
«цитос»-клетка, «логос»-наука). Предмет цитологии - клетки многоклеточных
животных и растений, а также одноклеточных организмов, к числу которых
относятся бактерии, простейшие и одноклеточные водоросли. Цитология изучает
строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур,
функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие
клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Современная
цитология - наука комплексная. Она имеет самые тесные связи с другими
биологическими науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией,
учением об эволюции органического мира, а также с молекулярной биологией,
химией, физикой, математикой. Цитология - одна из относительно молодых
биологических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина “клетка”
насчитывает свыше 300 лет. Впервые название «клетка» в середине XVII в.
применил Р.Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук
увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток.
Клеточная теория. В середине XIX столетия на основе уже многочисленных
знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838). Он обобщил
имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет основную
единицу строения всех живых организмов, что клетки животных и растений
сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими
доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единство
всего органического мира. Т. Шван внес в науку правильное понимание клетки
как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки
нет жизни.
Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно
химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов
сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессы
обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток еще раз
подтвердили единство всего органического мира.
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 (
гомологичны ) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям
жизнедеятельности и обмену веществ;
размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка
образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
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.
Исследования клетки имеют большое значение для разгадки заболеваний.
Именно в клетках начинают развиваться патологические изменения, приводящие
к возникновению заболеваний. Чтобы понять роль клеток в развитии
заболеваний, приведем несколько примеров. Одно из серьезных заболеваний
человека - сахарный диабет. Причина этого заболевания - недостаточная
деятельность группы клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормон
инсулин, который участвует в регуляции сахарного обмена организма.
Злокачественные изменения, приводящие к развитию раковых опухолей,
возникают также на уровне клеток. Возбудители кокцидиоза - опасного
заболевания кроликов, кур, гусей и уток - паразитические простейшие -
кокцидии проникают в клетки кишечного эпителия и печени, растут и
размножаются в них, полностью нарушают обмен веществ, а затем разрушают эти
клетки. У больных кокцидиозом животных сильно нарушается деятельность
пищеварительной системы и при отсутствии лечения животные погибают. Вот
почему изучение строения, химического состава, обмена веществ и всех
проявлений жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, но
также в медицине и ветеринарии.
Изучение клеток разнообразных одноклеточных и многоклеточных организмов с
помощью светооптического и электронного микроскопов показало, что по своему
строению они разделяются на две группы. Одну группу составляют бактерии и
сине-зеленые водоросли. Эти организмы имеют наиболее простое строение
клеток. Их называют доеденными (прокариотами), так как у них нет
оформленного ядра (греч. «картон»-ядро) и нет многих структур, которые
называют органоидами. Другую группу составляют все остальные организмы: от
одноклеточных зеленых водорослей и простейших до высших цветковых растений,
млекопитающих, в том числе и человека. Они имеют сложно устроенные клетки,
которые называют ядерными (эукариотическими). Эти клетки имеют ядро и
органоиды, выполняющие специфические функции.
Особую, неклеточную форму жизни составляют вирусы, изучением которых
занимается вирусология.
Строение и функции оболочки клетки
Клетка любого организма, представляет собой целостную живую систему. Она
состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки,
цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка осуществляет непосредственное
взаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (в
многоклеточных организмах).
Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из
наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки
животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений,
а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток
расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений
она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важную
роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку,
обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит
вода, соли, молекулы многих органических веществ.
Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок
растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и
состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой
животных клеток получил название гликокаликс.
Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток
животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами. Имея
незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных не
выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений.
Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений,
происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.
Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой растений
расположена плазматическая мембрана (лат. “мембрана»-кожица, пленка),
граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны
около 10 нм, изучение ее строения и функций возможно только с помощью
электронного микроскопа.
В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено
расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. По
современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране
расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не
образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в
него на разную глубину.
Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность
плазматической мембраны.
Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых
завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том,
что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от
внешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно происходит
обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли
в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они
проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во
внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ-
одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую
мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества,
синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки,
углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и
выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.
Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани (
эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазматической
мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может
образовывать складки или выросты, которые придают соединениям особую
прочность.
Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонких
каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматической
мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной
клетки в другую поступают питательные вещества, ионы, углеводы и другие
соединения.
На поверхности многих клеток животных, например различных эпителиев,
находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической
мембраной, - микроворсинки. Наибольшее количество микроворсинок находится
на поверхности клеток кишечника, где происходит интенсивное переваривание и
всасывание переваренной пищи.
Фагоцитоз. Крупные молекулы органических веществ, например белков и
полисахаридов, частицы пищи, бактерии поступают в клетку путем фагоцита
(греч. “фагео” - пожирать). В фагоците непосредственное участие принимает
плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки соприкасается
с частицей какого-либо плотного вещества, мембрана прогибается, образует
углубление и окружает частицу, которая в “мембранной упаковке” погружается
внутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль и в ней перевариваются
поступившие в клетку органические вещества.
Цитоплазма. Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной,
цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В
цитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды.
Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и
разнообразные включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также
мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного
вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные
процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды,
обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной
живой системы.
Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена
многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют
собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти
каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую
название эндоплазматической сети.
Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее
типа - гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярной
сети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые
придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети
не несут рибосом на своей поверхности.
Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основная
функция гранулярной эндоплазматической сети - участие в синтезе белка,
который осуществляется в рибосомах.
На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и
углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются н каналах и полостях, а
затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или
накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений.
Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки.
Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это
микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. Каждая рибосома
состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой.
В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на
мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в
цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом - это
синтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который осуществляется не
одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков
объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой.
Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях
эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам
клетки, где они потребляютя. Эндоплазматическая сеть и рибосомы,
расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза
и транспортировки белков.
Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растений
содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос» - нить,
«хондрион» - зерно, гранула).
Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно
рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее
строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка
митохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная
мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя
мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в
полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат.
«криста» - гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разных
клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем
особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток,
например мышечных.
Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основная
функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота
синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой
универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов
жизнедеятельности клетки и целого организма.
Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке
митохондрий.
Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках
животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые
- хлоропласты; красные, оранжевые и желтые - хромопласты; бесцветные -
лейкопласты.
Хлоропласт. Эти органоиды содержатся в клетках листьев и других зеленых
органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов
4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной
клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет
хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Xлоропласт -
основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е.
образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО2 и Н2О)
при использовании энергии солнечного света.
По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт
отграничен двумя мембранами - наружной и внутренней. Наружная мембрана
гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых
выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта
сосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры -
граны. Они сложены наподобие стопки монет.
В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесь
происходит фотосинтез. В хлоропластах синтезируется и АТФ. Между
внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК. и рибосомы.
Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях, происходит
синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты
размножаются делением.
Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей растений: в
цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняется
желтая, оранжевая и красная окраска венчиков цветков, плодов, осенних
листьев.
Лейкопласты. находятся в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений,
например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов разнообразна.
Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны клетка взаимному
переходу. Так при созревании плодов или изменении окраски листьев осенью
хлоропласты превращаются в хромопласты, а лейкопласты могут превращаться в
хлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля.
Аппарат Гольджи. Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет
форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клетках растений и
простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или
палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительных
и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.
В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и
расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные
на концах полостей . Все эти элементы составляют единый комплекс.
Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналам
эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической
деятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала
накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в
цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее
жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме.
Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируются
пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем
образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в
проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще
одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах
происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в
клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата
Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.
Лизосомы. Представляют собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмы
каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты,
расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются
с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль , внутри которой находится
пищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в
результате переваривания пищевой частицы, поступают в цитоплазму и
используются клеткой.
Обладая способностью к активному перевариванию пищевых веществ, лизосомы
участвуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности частей клеток,
целых клеток и органов. Образование новых лизосом происходит в клетке
постоянно. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, как и всякие другие белки
синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по
каналам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которого
формируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.
Клеточный центр. В клетках животных вблизи ядра находится органоид,
который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра
составляют два маленьких тельца - центриоли, расположенные в небольшом
участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра
длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они
участвуют в образовании веретена деления.
Клеточные включения. К клеточным включениям относятся углеводы, жиры и
белки. Все эти вещества накапливаются в цитоплазме клетки в виде капель и
зерен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке и
используются в процессе обмена веществ.
Ядро. Каждая клетка одноклеточных и многоклеточных животных, а также
растений содержит ядро. Форма и размеры ядра зависят от формы и размера
клеток. В большинстве клеток имеется одно ядро, и такие клетки называют
одноядерными. Существуют также клетки с двумя, тремя, с несколькими
десятками и даже сотнями ядер. Это - многоядерные клетки.
Ядерный сок - полужидкое вещество, которое находится под ядерной
оболочкой и представляет внутреннюю среду ядра.
Химический состав клетки. Неорганические вещества
Атомный и молекулярный состав клетки. В микроскопической клетке
содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных
химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке,- одно из
основных условий ее жизни, развития и функционирования.
Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов
сходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органического
мира.
Содержание химических элементов в клетке
Элементы Количество (в %) Элементы Количество (в %)
Кислород 65-75 Кальций 0,04-2,00
Углерод 15-16 Магний 0,02-0,03
Водород 8-10 Натрий 0,02-0,03
Азот 1,5-3,0 Железо 0,01-0,015
Фосфор 0,2-1,0 Цинк 0,0003
Калий 0,15-0,4 Медь 0,0002
Сера 0,15-0,2 Йод 0,0001
Хлор 0,05-0,1 Фтор 0,0001
В таблице приведены данные об атомном составе клеток. Из 109 элементов
периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их
большинство. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов -
кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98%
всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов,
содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента.
Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме они
составляют 1.9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно
малых количествах (меньше 0,01%)
Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерных
только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой
природы. На атомном уровне различий между химическим составом органического
и не органического мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком
уровне организации - молекулярном.
-----------------------
Митохондрии
Эндоплазматическая сеть
Клеточная мембрана
Центриоли
Аппарат Гольджи
Ядерный сок
Ядерная оболочка
Ядрышко
Ядро
Лизосома
Цитоплазма
Пиноцитозный пузырек |
