Основные положения клеточной теории. Общие сведения о клетках. Клеточная мембрана

Все организмы, которые существуют на планете Земля состоят из клеток. Кроме вирусов как вы уже знаете.

Организмы могут состоять даже из одной клетки и тогда их называют – одноклеточные. К таким организмам относят бактерии, некоторые водоросли и простейшие.

Также организмы могут состоять из несколько клеток или из множества клеток и тогда их называют многоклеточными организмами.

Однако о том, что организмы состоят из клеток человечество узнало не сразу.

История открытия клетки берет своё начало с тех времён, когда английский учёный Роберт Гук в 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево хорошо плавает.

Роберт Гук

Стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа.

Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему соты в ульях медоносных пчёл, и он назвал эти ячейки клетками.

А в 1675 году итальянский врач Марчелло Мальпиги подтвердил клеточное строение растений.

Амёба

О клетке стали говорить, как о «пузырьке, наполненном питательным соком».

В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» – движущиеся живые организмы (инфузории и амёбы).

Антоний ван Левенгук

Таким образом, к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных.

Однако рассмотреть все составляющие клетки они не могли так как техника XVII – XVIII веков была ещё очень несовершенной.

И только в начале XIX века Роберт Броун смог увидеть внутри клеток листа плотное образование, которое он назвал ядром.

Роберт Броун

В 1833 г. В своей работе «Об органах и способе оплодотворения у орхидных» Броун пишет, что в каждой клетке эпидермиса он наблюдал «одиночную округлую ареолу, обычно более тёмную, чем оболочка клетки.

Броун, боясь критики осторожно, высказывает предположение, что ядро является обычной составной частью клетки.

С 1840-х годов XIX века учение о клетке оказывается в центре внимания всей биологии и бурно развивается, превратившись в самостоятельную отрасль науки – цитологию.

К середине XIX века немецкие учёные Маттиас Шлейден и Теодор Шванн обобщили сведения полученные многими учёными и сформулировали клеточную теорию.

Маттиас Шлейден              Теодор Шванн

Вот главные положения этой теории:

1. Все живые существа, от одноклеточных до крупных растительных и животных организмов, состоят из клеток.

2. Все клетки сходны по строению, химическому составу и жизненным функциям.

3. Несмотря на то что в многоклеточных организмах отдельные клетки специализируются на выполнении какой-то определённой «работы», они способны к самостоятельной жизнедеятельности, то есть могут питаться, расти и размножаться.

Однако, Маттиас Шлейден и Теодор Шванн ошибочно полагали что клетки могут самопроизвольно зарождаться в жидкостях или во множестве рождаться внутри старых клеток.

Немецкий биолог и врач Рудольф Вирхов доказал, что клетки способны делиться. Исходя из этого он предложил следующее дополнение к клеточной теории:

4. Все клетки образуются из клетки.

Таким образом клетка – это элементарная единица живого, лежащая в основе строения, развития и размножения всех живых организмов.

Общие сведения о клетках

Клетка, как и живой организм способна к расту, размножению, обмену с окружающей средой веществами и энергией, а также реакции на различные внешние раздражители.

Благодаря электронной микроскопии учёным удалось то что всегда казалось невозможным, заглянуть внутрь клетки.

Несмотря на свои микроскопические размеры, клетки устроены очень сложно.

В центре эукариотические клетки содержат ядро. Это важнейшая составная её часть. В ядре содержаться хромосомы.

Каждая хромосома эукариот образуется из единственной и чрезвычайно длинной молекулы ДНК, которая содержит линейную группу множества генов.

И поэтому ядро клетки выполняет две главные функции: хранение и воспроизведение генетической информации, а также регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

Внутренние полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы. А жидкую составляющую цитоплазмы называют цитозолем.

В клетках содержаться органеллы – это постоянно присутствующие и обязательные для всех клеток микроструктуры, которые выполняют жизненно важные функции.

В клетке также находится эндоплазматическая сеть − это разветвлённая сеть каналов и полостей.

На мембранах шероховатой эндоплазматической сети располагаются рибосомы, которые необходимы для биосинтеза белка из аминокислот.

Цистерны комплекса Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети. Синтезированные на мембранах эндоплазматической сети белки, полисахариды, жиры транспортируются к комплексу, собираются внутри его структур и "упаковываются" в виде секрета, готового к выделению, либо используются в самой клетке в процессе её жизнедеятельности.

Важными органоидами клетки является митохондрии. Они имеют двумембранное строение. На складках внутренней мембраны – кристах находятся многочисленные ферменты, которые участвуют в энергетическом обмене.

Основная функция митохондрий – это синтез АТФ. Она является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

В клетке также находятся небольшие овальные тельца – лизосомы. Они содержат около 30 ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и др. вещества.

Внутреннее пространство эукариотической клетки строго упорядочено. Передвижение некоторых органоидов регулируется при помощи специализированных транспортных систем, так называемых микротрубочек, служащих внутриклеточными «дорогами».

В составе эукариотической клетки также находиться центриоли. Это цилиндрические белковые структуры, расположенные вблизи ядра клеток.

Они играют важную роль в клеточном делении: от них начинается рост микротрубочек, образующих веретено деления.

Каждая эукариотическая клетка снаружи окружена (цитоплазматической мембраной) – клеточной оболочкой.

Которая окружает каждую клетку и отделяет её от внешней среды. Защищает внутреннее содержимое клетки- цитоплазму и ядро от повреждений, поддерживает постоянную форму клетки, обеспечивает связь клеток между собой.

Строение клеточной мембраны у всех клеток одинаковое. Её толщина составляет приблизительно 8 нм (1нм составляет , и поэтому увидеть мембрану в световой микроскоп невозможно.

Основными химическими компонентами клеточных мембран являются липиды, их около (40 %) и белки (60 %); кроме того, во многих мембранах обнаружены углеводы, их примерно (5-10 %).

Особенностью липидов является разделение их молекул на две функционально различные части: гидрофобные («хвосты») которые отталкивают молекулы воды, состоящие из жирных кислот, и гидрофильные «головки», которые легко контактируют с водой.

Таким образом структура клеточной мембраны трехслойна. Посередине пролегает относительно однородный жидкий билипидный слой, а белки покрывают его с обеих сторон подобием мозаики, частично проникая в толщу.

Состав, назначение и расположение белков весьма разнообразны.

В составе клеточных мембран присутствуют белки трёх видов:

Периферические (внешние) белки – они крепятся на поверхности билипидного слоя;

Полуинтегральные (погруженные белки) – они частично проникают внутрь билипидного слоя;

И интегральные (пронзающие белки) – они полностью пронизывают мембрану.

Цитоплазматическая мембрана избирательно пропускает внутрь клетки необходимые вещества и выводит из клетки продукты их обмена.

И эту функцию выполняют полуинтегральные и интегральные белки, которые в данном случае называют ионными каналами.

Они пропускают внутрь клетки и транспортируют из неё наружу те вещества мелкого диаметра, которые не способны проникнуть сквозь липидный слой.

Именно через ионные каналы внутрь клетки проникают ионы калия и накапливаются в ней, а ионы натрия, наоборот, выводятся наружу. Возникает разность электрических потенциалов.

Но более крупные частицы (такие, например, как белки, углеводы, липиды) через мембранные каналы пройти не могут, и попадают в клетку при помощи фагоцитоза или пиноцитоза.

Рассмотрим процессы фагоцитоза.

В месте где пищевая частица прикасается к наружной мембране образуется впячивание, и частица попадает внутрь клетки, окружённая мембраной.

Внутрь образовавшегося пузырька (фагосомы) проникают пищеварительные ферменты и возникает пищеварительная вакуоль.

Фагоцитоз – это клеточный процесс, при котором встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают твёрдые частички питательных веществ.

Таким способом питаются одноклеточные простейшие организмы, например, амёбы.

А у многоклеточных организмов некоторые лейкоциты крови − фагоциты, данным способом захватывают и переваривают чужеродные бактерии.

Каким же образом это происходит?

Фагоцит окружает бактерию и поглощает её. Внутри фагоцита бактерия оказывается в составе фагосомы. В течение минуты фагосома сливается с лизосомой или гранулой, содержащими ферменты, с образованием фаголизосомы.

Заключённая бактерия подвергается агрессивному воздействию и погибает через несколько минут.

В случае пиноцитоза выпячивание наружной мембраны, захватывает не твёрдые частицы, а капельки жидкости с растворенными в ней веществами.

Для питания по типу пиноцитоза клетка выращивает на своей мембране тонкие выросты в форме усиков, которые как бы окружают капельку жидкости, и получается пузырек – везикула.

Пузырёк «проглатывается» прячется внутрь клетки, и его стенки сливаются уже с внутренней поверхностью клеточной мембраны.

Пиноцитоз – это процесс захвата поверхностью клеточной мембраны соприкасающихся с нею молекул жидкости.