приховати рекламу

Цитологія Властивості та будова клітин

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати


Цитологія

Наука про клітини - структурних і функціональних одиницях майже всіх живих організмів. У багатоклітинному організмі всі складні прояви життя виникають в результаті координованої активності складових його клітин. Завдання цитолога - встановити, як побудована жива клітина і як вона виконує свої нормальні функції. Вивченням клітин займаються також патоморфології, але їх цікавлять зміни, що відбуваються в клітинах під час хвороби або після смерті. Незважаючи на те що вченими давно вже було накопичено чимало даних про розвиток і будову тварин і рослин, тільки в 1839 були сформульовані основні концепції клітинної теорії і почався розвиток сучасної цитології.

Клітини - це дрібні одиниці живого, про що наочно свідчить здатність тканин розпадатися на клітини, які потім можуть продовжувати жити в "тканинної" або клітинної культури і розмножуватися подібно крихітним організмам. Згідно клітинної теорії, всі організми складаються з однієї або багатьох клітин. З цього правила є кілька виключень. Наприклад, в тілі слизовиків (міксоміцетів) і деяких дуже дрібних плоских хробаків клітини не відокремлені один від одного, а утворюють більш-менш злиту структуру - т. зв. синцитій. Проте можна вважати, що така будова виникло вдруге в результаті руйнування ділянок клітинних мембран, що були у еволюційних предків цих організмів. Багато гриби ростуть, утворюючи довгі ниткоподібні трубки, або гіфи. Ці гіфи, часто розділені перегородками - септах - на сегменти, теж можна розглядати як своєрідні витягнуті клітини. З однієї клітини складаються тіла протистов і бактерій.

Між бактеріальними клітинами і клітинами всіх інших організмів існує одна важлива відмінність: ядра і органели ("маленькі органи") бактеріальних клітин не оточені мембранами, і тому ці клітини називають прокариотическими ("доядерние"); всі інші клітини називають еукаріотичних (з "справжніми ядрами "): їх ядра і органели укладені в мембрани. У цій статті розглядаються тільки еукаріотичні клітини. Див також КЛІТИНА.

Відкриття клітини. Вивчення найдрібніших структур живих організмів стало можливим лише після винаходу мікроскопа, тобто після 1600. Перший опис і зображення клітин дав у 1665 англійський ботанік Р. Гук: розглядаючи тонкі зрізи висушеної пробки, він виявив, що вони "складаються з безлічі коробочок". Кожну з цих коробочок Гук назвав клітиною ("камерою"). Італійський дослідник М. Мальпігі (1674), голландський вчений А. ван Левенгук, а також англієць Н. Грю (1682) незабаром привели безліч даних, що демонструють клітинну будову рослин. Проте жоден з цих спостерігачів не зрозумів, що дійсно важливою речовиною був виповняє клітини драглистий матеріал (згодом названий протоплазмою), а здавалися їм настільки важливими "клітини" були просто млявими целюлозними коробочками, в яких містилося це речовина. До середини 19 ст. в працях ряду вчених вже проглядалися зачатки якоїсь "клітинної теорії" як спільного структурного принципу. У 1831 Р. Броун встановив існування в клітці ядра, але не зумів оцінити всю важливість свого відкриття. Незабаром після відкриття Броуна кілька вчених переконалися в тому, що ядро ​​заглиблені в напіврідку протоплазму, що заповнює клітку. Спочатку основною одиницею біологічної структури вважали волокно. Проте вже на початку 19 ст. майже всі стали визнавати неодмінним елементом рослинних і тваринних тканин структуру, яку називали бульбашкою, глобул або клітиною.

Створення клітинної теорії. Кількість прямих відомостей про клітині і її вміст надзвичайно зросла після 1830, коли з'явилися вдосконалені мікроскопи. Потім у 1838-1839 сталося те, що називають "завершальним мазком майстра". Ботанік М. Шлейден і анатом Т. Шванн практично одночасно висунули ідею клітинної будови. Шванн запропонував термін "клітинна теорія" і представив цю теорію наукової спільноти. Згідно клітинної теорії, всі рослини і тварини складаються з подібних одиниць - клітин, кожна з яких має всі властивості живого. Ця теорія стала наріжним каменем всього сучасного біологічного мислення.

Відкриття протоплазми. Спочатку незаслужено велика увага приділяли стінок клітини. Проте ще Ф. Дюжарден (1835) описав живої холодець в одноклітинних організмів і черв'яків, назвавши його "саркодой" (тобто "схожим на м'ясо"). Ця в'язка субстанція була, на його думку, наділена всіма властивостями живого. Шлейден теж виявив в рослинних клітинах дрібнозернистий речовина і назвав його "рослинної слизом" (1838). Через 8 років Г. фон Моль скористався терміном "протоплазма" (застосованим в 1840 Я. Пуркіньє для позначення субстанції, з якої формуються зародки тварин на ранніх стадіях розвитку) і замінив ним термін "рослинна слиз". У 1861 М. Шультц виявив, що саркода міститься також у тканинах вищих тварин і що ця речовина ідентично як структурно, так і функціонально т. н. протоплазмі рослин. Для цієї "фізичної основи життя", як визначив її згодом Т. Гекслі, був прийнятий загальний термін "протоплазма". Концепція протоплазми свого часу відіграла важливу роль, а проте вже давно стало ясно, що протоплазма не однорідна ні за своїм хімічним складом, ні за структурою, і цей термін поступово вийшов з ужитку. В даний час головними компонентами клітини зазвичай вважають ядро, цитоплазму і клітинні органели. Поєднання цитоплазми та органел практично відповідає тому, що мали на увазі перші цитологи, кажучи про протоплазмі.

Основні властивості живих клітин. Вивчення живих клітин пролило світло на їх життєво важливі функції. Було встановлено, що останні можна розбити на чотири категорії: рухливість, подразливість, метаболізм і розмноження.

Рухливість проявляється в різних формах:

1) внутрішньоклітинна циркуляція вмісту клітини;

2) перетікання, що забезпечує переміщення клітин (наприклад, клітин крові);

3) биття крихітних протоплазматичними виростів - війок і джгутиків;

4) скоротність, найбільш розвинена в м'язових клітин.

Подразливість виражається у здатності клітин сприймати стимул і реагувати на нього імпульсом, або хвилею збудження. Ця активність виражена у найвищій мірі у нервових клітин.

Метаболізм включає всі перетворення речовини та енергії, які відбуваються в клітинах.

Розмноження забезпечується здатністю клітини до поділу і утворення дочірніх клітин. Саме здатність відтворювати самих себе і дозволяє вважати клітини дрібними одиницями живого. Однак багато високодиференційовані клітини цю здатність втратили.

Цитологія як наука

В кінці 19 ст. головну увагу цитологів було направлено на докладне вивчення будови клітин, процесу їх ділення та з'ясування їх ролі як найважливіших одиниць, що забезпечують фізичну основу спадковості і процесу розвитку.

Розвиток нових методів. Спочатку при вивченні деталей будови клітин доводилося покладатися головним чином на візуальне дослідження мертвого, а не живого матеріалу. Необхідні були методи, які дозволяли б зберігати протоплазму, не ушкоджуючи її, виготовляти досить тонкі зрізи тканини, що проходять і через клітинні компоненти, а також фарбувати зрізи, щоб виявляти деталі клітинної будови. Такі методи створювалися і вдосконалювалися протягом всієї другої половини 19 ст. Удосконалювався і сам мікроскоп. До числа важливих досягнень в його будові слід віднести: освітлювач, розташований під столиком, для фокусування пучка світла; апохроматичних об'єктив для коригування недоліків фарбування, що спотворюють зображення; Імерсійний об'єктив, що дає більш чітке зображення і збільшення в 1000 разів і більше.

Було також виявлено, що основні барвники, наприклад гематоксилін, володіють спорідненістю до вмісту ядра, а кислотні барвники, наприклад еозин, забарвлюють цитоплазму; це спостереження послужило основою для створення різноманітних методів контрастного або диференціального фарбування. Завдяки цим методам і вдосконаленим мікроскопам поступово накопичувалися найважливіші відомості про будову клітини, її спеціалізованих "органах" та різних неживих включеннях, які клітина або сама синтезує, або поглинає ззовні і накопичує.

Закон генетичної безперервності. Фундаментальне значення для подальшого розвитку клітинної теорії мала концепція генетичної безперервності клітин. Свого часу Шлейден вважав, що клітини утворюються в результаті свого роду кристалізації з клітинної рідини, а Шванн в цьому хибному напрямі пішов ще далі: на його думку, клітини виникали з якоїсь "бластемной" рідини, що знаходиться поза клітинами.

Спочатку ботаніки, а потім і зоологи (після того як роз'яснили суперечності у даних, отриманих при вивченні деяких патологічних процесів) визнали, що клітини виникають тільки в результаті поділу вже існуючих клітин. У 1858 Р. Вірхов сформулював закон генетичної безперервності в афоризмі "Omnis cellula e cellula" ("Кожна клітина з клітини"). Коли було встановлено роль ядра в клітинному поділі, В. Флеммінг (1882) перефразував цей афоризм, проголосивши: "Omnis nucleus e nucleo" ("Кожне ядро ​​з ядра"). Одним з перших важливих відкриттів у вивченні ядра було виявлення в ньому інтенсивно забарвлюються ниток, названих хроматином. Подальші дослідження показали, що при поділі клітини ці нитки збираються в дискретні тільця - хромосоми, що число хромосом постійно для кожного виду, а в процесі клітинного ділення, або мітозу, кожна хромосома розщеплюється на дві, так що кожна клітина отримує типове для даного виду число хромосом. Отже, афоризм Вірхова можна поширити і на хромосоми (носії спадкових ознак), оскільки кожна з них походить від предсуществующей.

У 1865 було встановлено, що чоловіча статева клітина (сперматозоїд, або спермій) являє собою повноцінну, хоча і високоспеціалізовану клітку, а через 10 років Гертвиг ​​простежив шлях сперматозоїда в процесі запліднення яйцеклітини. І нарешті, в 1884 Е. ван Бенедем показав, що в процесі утворення як сперматозоїда, так і яйцеклітини відбувається модифіковане клітинний розподіл (мейоз), в результаті якого вони отримують по одному набору хромосом замість двох. Таким чином, кожен зрілий сперматозоїд і кожна зріла яйцеклітина містять лише половинне число хромосом у порівнянні з іншими клітинами даного організму, і при заплідненні відбувається просто відновлення нормального числа хромосом. У результаті запліднена яйцеклітина містить по одному набору хромосом від кожного з батьків, який є основою для наслідування ознак і по батьківській, і по материнській лінії. Крім того, запліднення стимулює початок дроблення яйцеклітини і розвиток нового індивіда.

Уявлення про те, що хромосоми зберігають свою ідентичність і підтримують генетичну безперервність від одного покоління клітин до іншого, остаточно сформувалося в 1885 (Рабле). Незабаром було встановлено, що хромосоми якісно відрізняються один від одного за своїм впливом на розвиток (Т. Бовері, 1888). Почали з'являтися також експериментальні дані на користь висловленої раніше гіпотези В. Ру (1883), згідно з якою навіть окремі частини хромосом впливають на розвиток, структуру та функціонування організму.

Таким чином, ще до кінця 19 ст. було зроблено два важливих висновки. Одне полягало в тому, що спадковість є результат генетичної безперервності клітин, забезпечувана клітинним поділом. Інша - що існує механізм передачі спадкових ознак, який знаходиться в ядрі, а точніше - в хромосомах. Було встановлено, що завдяки суворому подовжньому розщепленню хромосом дочірні клітини отримують цілком таку ж (як якісно, ​​так і кількісно) генетичну конституцію, як початкова клітина, від якої вони відбулися.

Закони спадковості. Другий етап у розвитку цитології як науки охоплює 1900-1935. Він наступив після того, як в 1900 були вдруге відкриті основні закони спадковості, сформульовані Г. Менделем у 1865, але не привернули до себе уваги і надовго віддані забуттю. Цитологи, хоча і продовжували займатися вивченням фізіології клітини і такими її органелами, як центросома, мітохондрії і апарат Гольджі, основну увагу зосередили на будові хромосом і їх поведінці. Проводилися в цей же час експерименти зі схрещування швидко збільшували обсяг знань про способи спадкування, що призвело до становлення сучасної генетики як науки. У результаті виник "гібридний" розділ генетики - цитогенетика.

Досягнення сучасної цитології

Нові методи, особливо електронна мікроскопія, застосування радіоактивних ізотопів і високошвидкісного центрифугування, що з'явилися після 1940-х років, дозволили досягти величезних успіхів у вивченні будови клітини. У розробці єдиної концепції фізико-хімічних аспектів життя цитологія все більше зближується з іншими біологічними дисциплінами. При цьому її класичні методи, засновані на фіксації, фарбуванні та вивченні клітин під мікроскопом, як і раніше зберігають практичне значення.

Цитологічні методи використовуються, зокрема, в селекції рослин для визначення хромосомного складу рослинних клітин. Такі дослідження надають велику допомогу в плануванні експериментальних схрещувань та оцінці отриманих результатів. Аналогічний цитологічний аналіз проводиться і на клітинах людини: він дозволяє виявити деякі спадкові захворювання, пов'язані із зміною числа і форми хромосом. Такий аналіз в поєднанні з біохімічними тестами використовують, наприклад, при амниоцентезе для діагностики спадкових дефектів плоду.

Більшість живих організмів складаються з клітин, що володіють всіма властивостями живих організмів: обміном речовин і енергії, зростанням, розмноженням і передачею у спадщину своїх ознак. У багатоклітинному організмі клітина є структурної, функціональної та генетичної одиницею організму. Клітини відкриті в 1665 р. англійським фізиком Робертом Гуком. У 1677 р. голландський учений А. Левенгук за допомогою створеного ним мікроскопа виявив одноклітинні організми, еритроцити, сперматозоїди і провів багато інших цікавих спостережень. Чеський вчений Я.Є. Пуркіньє в 1830 р. виявив у клітинах протоплазму. Р. Броун в 1833 р. відкрив клітинне ядро. У 1839 р. німецькі вчені Теодор Шванн і Маттіас Шлейден, узагальнивши дані про будову рослинних і тваринних клітин, сформулювали основні положення клітинної теорії.

Клітини організму людини різноманітні за величиною (від кількох нм до 150 нм) і за формою (кулясті, веретеноподібні, плоскі, кубічні призматичні, циліндричні, зірчасті й отростчатие).

Клітка складається з ядра, цитоплазми, клітинної мембрани і органоїдів, що виконують життєво важливі функції. Розрізняють мембранні (мітохондрії, ендоплазматична мережа, пластинчастий комплекс, лізосоми) і немембранні органоїди (рибосоми, полісоми, центріолі).

Клітини, що володіють подібним будовою, функцією і об'єднані єдністю походження, разом з міжклітинним речовиною утворюють тканину. Міжклітинний речовина являє складну систему, що складається з основного бесструктурного (аморфного) речовини, в якому розташовуються волокна з різним функціональним призначенням (колагенові, еластичні, ретикулінові). Міжклітинну речовину заповнює проміжки між клітинами. Зв'язок клітинних елементів з міжклітинним речовиною різному: одні клітини перебувають з ним в дуже тісному зв'язку, інші клітини ніякої морфологічної зв'язку з ним не мають. Кожна тканина розвивається із певних ембріональних зачатків, що обумовлює особливості її структури і функції. Розрізняють чотири типи тканини: епітеліальну, сполучну, м'язову і нервову.

Подібність у будові клітин еукаріот. Зараз не можна з повною впевненістю сказати, коли і як виникла на Землі життя. Ми також точно не знаємо, як харчувалися перші живі істоти на Землі: ав-тотрофно або гетеротрофно. Але в даний час на нашій планеті мирно співіснують представники декількох царств живих істот. Незважаючи на велику різницю в будові та способі життя, очевидно, що між ними подібностей більше, ніж відмінностей, і всі вони, ймовірно, мають спільних предків, які жили в далекій архейської ери. Про наявність загальних "дідусів" та "бабусь" свідчить цілий ряд загальних ознак у клітин еукаріотів: найпростіших, рослин, грибів і тварин. До цих ознак можна віднести:

загальний план будови клітини: наявність топлазми, ядра, органоїдів;

принципову схожість процесів у клітині;

кодування спадкової інформінових кислот;

єдність хімічного складу клітин;

подібні процеси ділення клітин. Відмінності в будові клітин рослин еволюції. Порівняємо будову і життя рослин і тварин.

Головна відмінність між клітинами цих двох царств полягає в способі їх живлення. Клітини рослин, що містять хлоропласти, є автотрофами, тобто самі синтезують необхідні для життєдіяльності органічні речовини за рахунок енергії світла в процесі фотосинтезу. Клітини тварин - гетеротрофи, тобто джерелом вуглецю для синтезу власних органічних речовин для них є органічні речовини, що надходять з їжею. Ці ж харчові речовини, наприклад вуглеводи, служать для тварин джерелом енергії. Є і виключення, такі як зелені жгутиконосци, які на світлі здатні до фотосинтезу, а в темряві живляться готовими органічними речовинами. Для забезпечення фотосинтезу в клітинах рослин містяться пластиди, що містять хлорофіл та інші пігменти.

Так як рослинна клітина має клітинну стінку, що захищає її вміст і забезпечує постійну її форму, то при розподілі між дочірніми клітинами утворюється перегородка, а тваринна клітина, яка не має такої стінки, ділиться з утворенням перетяжки.

Особливості клітин грибів. Ще зовсім недавно гриби відносили до рослин, однак зараз ця вельми своєрідна і велика за кількістю видів група живих істот виділена в окреме царство. Гриби, так само як і тварини, - гетеротрофи, живляться готовими органічними сполуками. Вони можуть бути сапротрофов, тобто харчуватися органікою мертвих істот, паразитами, тобто харчуватися живої органікою, або симбіонтом вищих рослин, перебуваючи з ними у взаємовигідній зв'язку. Пластид і хлорофілу клітини грибів не містять. Серед грибів існують і "хижаки", що утворюють у грунті клейкі петлі, в яких заплутуються дрібні круглі черв'яки. Після цього клітини грибниці проникають в спійманого хробака, розростаються в ньому і висмоктують його вміст. У клітин грибів, як і у рослин, є клітинна стінка поверх плазматичної мембрани. Часто до складу клітинної стінки у грибів входить хітин - речовина, який утворює зовнішні покриви у членистоногих. Запасним живильною речовиною в клітинах грибів є вуглевод глікоген, як у тварин, а не крохмаль, як у рослин. Тіло гриба утворено ниткоподібними структурами в один ряд клітин - гіфами. У деяких грибів перегородки між клітинами втрачаються, і виникає грибниця, що складається з однієї гігантської багатоядерної клітини. Гриби не здатні до активного руху, зате вони можуть рости необмежено - це ознаки, які об'єднують гриби з рослинами.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
38.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Цитологія і будова клітини
Будова і властивість матеріалів Кристалічна будова Вплив типу зв`язку на структуру і властивості
Будова і значення ядра в клітині Типи поділу рослинних клітин
Антигени їх властивості та будова
Будова і властивості полімерів
Вплив трансплантації культур клітин підшлункової залози і стовбурових клітин на патогенез експериментального
Будова властивості виробництво сталі
Будова і основні властивості клітинних мембран
Таламус і гіпоталамус будова найважливіші властивості
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru