Ядро і організми

Реферат

«Ядро і організми»

1. Ядро та його структурні компоненти

Ядро - постійний компонент всіх клітин багатоклітинних рослин і тварин, а також найпростіших і одноклітинних водоростей. Більшість клітин має одне ядро. Однак є клітини з двома, трьома і навіть з кількома десятками чи сотнями ядер. Такі клітини називаються багатоядерними і зустрічаються, наприклад, серед одноклітинних організмів, а також в печінці і кістковому мозку хребетних тварин.

Форма ядра і часто його розміри залежать від форми клітини. Зазвичай в кулястих клітинах ядро має округлу форму, а в клітинах, витягнутих у довжину, ядро також подовженої форми.

Розрізняють два стани ядра: делящееся і неделящейся. Ми розглянемо особливості будови і функції неподільних ядер.

У них розрізняють ядерну оболонку, ядерний сік, або кариоплазма («каріон» - ядро, грец.), Хроматин і ядерця. Хромосоми формуються тільки в діляться ядрах, але іноді їх видно і в проміжку між поділами.

Ядерна оболонка. Від цитоплазми ядро відокремлене ядерною оболонкою, яка добре видно в світловий мікроскоп у формі контуру, що обмежує ядро. На електронномікроскопічні фотографії, де ядерна оболонка складається з двох мембран: зовнішньої і внутрішньої. Кожна з мембран має типове тришарове будова, таке ж, як зовнішня цитоплазматична мембрана і мембрани інших органоїдів.

Ядерна оболонка не суцільна: у ній є численні пори, які настільки малі, що видно лише за допомогою електронного мікроскопа. Діаметр пір близько 300-500 А. Через пори здійснюється обмін речовин між цитоплазмою і ядром. Зовнішня мембрана ядерної оболонки тісно пов'язана з ендоплазматичної мережею. Під час поділу ядра в більшості клітин ядерна оболонка руйнується.

Ядерний сік (кариоплазма). Ядерний сік - це речовина напіврідкої консистенції, яке знаходиться під ядерною оболонкою і заповнює всю порожнину ядра. У ядерному соку розташовуються ядерця і хроматин, а останнім часом за допомогою електронного мікроскопа в ньому виявлені рибосоми.

Хроматин. У неподільних ядрах хроматин часто буває видно у формі окремих грудочок невеликих розмірів або ниток. Ці хроматіновие структури містять дезоксирибонуклеїнову кислоту (ДНК) і білок.

Хроматин - це той матеріал, з якого утворюються хромосоми при поділі ядер. У діляться ядрах ДНК зосереджена саме в хромосомах. ДНК - найважливіша частина ядра. У цій речовині укладена спадкова інформація, що передається з покоління в покоління у кожного виду організмів.

Ядерце. Ядерце представляє собою щільне округле тільце, що розташоване у ядерному соку. У ядрах різних клітин, а також і в ядрі однієї і тієї ж клітини в різні моменти її життєдіяльності кількість ядерець, їх форма і розміри можуть бути різними. Часто в ядрах міститься лише 1-2 ядерця, але їх може бути 5-7 і більше. Ядерця є тільки в неподільних ядрах; під час розподілу вони зникають, а в ядрах дочірніх клітин утворюються заново.

До складу ядерця входять РНК та білки. Найважливіша функція ядерця полягає в тому, що в ньому відбувається формування рибосом, які потім виходять з ядра в цитоплазму. Це означає, що рибосоми, розташовані на мембранах ендоплазматичної мережі і вільно лежать у цитоплазмі, утворюються в ядерце. Рибосоми, що знаходяться в ядерце, здійснюють синтез білків.

Взаємодія ядра і цитоплазми. Цитоплазма і ядро клітини знаходяться у тісному взаємозв'язку один з одним. Якщо з клітки видалити ядро, то цитоплазма неминуче загине. У свою чергу ядро не може існувати без цитоплазми навіть протягом короткого часу. Для життя клітини необхідна взаємодія ядра, цитоплазми і всіх її органоїдів як єдиного цілого. Будь-яке пошкодження викликає в кінцевому підсумку загибель клітини. У ній немає структурних компонентів, здатних до тривалого самостійного існування. Клітина - це елементарна цілісна жива система.

2. Одноклітинні організми

У відміну від клітин багатоклітинних організмів, що утворюють різноманітні органи і тканини, одноклітинні організми (найпростіші, одноклітинні водорості, бактерії) мають багато своєрідних рис будови. Перш за все, тіло їх складається лише з однієї клітини. А будь-який одноклітинний організм одночасно являє собою і клітку, і цілий організм, провідний самостійне існування.

Найпростіші і одноклітинні водорості. Найпростіші, або одноклітинні, тварини (амеби, Евглена, інфузорії та ін), а також одноклітинні водорості (хламідомонада, хлорела тощо) мають типове клітинну будову: вони мають ядром, обмеженим ядерною оболонкою, у них добре розвинені і всі органоїди, відомі для клітин багатоклітинних організмів. Багато форми, які належать до цих двох груп одноклітинних, мають добре розвинені органели руху у вигляді війок і джгутиків, мають ротовий отвір, через який їжа проходить всередину клітини (згадайте, як харчується інфузорія туфелька), та інші органели, що забезпечують всі процеси життєдіяльності цих організмів . Всі ці пристосування забезпечують самостійне існування найпростіших у різноманітних умовах зовнішнього середовища.

Бактерії. Бактеріальні клітини характеризуються, перш за все, найбільш дрібними розмірами. Деякі бактерії з округлою формою тіла досягають лише 0,2 мкм в діаметрі.

По ряду ознак будови бактеріальні клітини відрізняються від клітин найпростіших і багатоклітинних організмів. До таких ознак відноситься в першу чергу відсутність типового ядра, яке у бактерій позбавлене ядерної оболонки. Ядерні елементи, що містять ДНК, розташовуються безпосередньо в цитоплазмі і часто мають неправильну розгалужену форму. У бактерій органоїди цитоплазми, наприклад, ендоплазматична мережа, мітохондрії, мають більш просту будову, ніж у клітинах інших організмів.

Все це служить доказом більш простої будови бактеріальних клітин у порівнянні з найпростішими і клітинами багатоклітинних організмів. Незважаючи на порівняльну простоту будови, бактерії - організми, що знаходяться на клітинному рівні організації. Вони, подібно найпростішим і одноклітинним водоростям, представляють велику групу клітин-організмів, що ведуть самостійне існування і пристосованих до різноманітних середах проживання.

3. Неклітинні організми

Детальне вивчення тонкої структури клітин показало, що клітинна теорія знайшла блискуче підтвердження у будові всіх багатоклітинних і одноклітинних організмів. Лише одна група живих істот не може бути охоплена клітинної теорією, так як організми, що належать до неї, не мають клітинної будови і представляють, тому неклеточную форму існування живої матерії.

Віруси. Неклітинні організми носять назву вірусів («вірус» - отрута лат.). Електронномікроскопічно вивчення показало, що за будовою віруси сильно відрізняються від клітин. Існування вірусів відкрив російський вчений Д. І Іванівський в 1892 р. Віруси значно менше бактерії. Наприклад, розміри вірусу грипу 800 А. Віруси здатні жити і розмножуватися тільки в клітинах рослин, тварин і людини і не можуть вести самостійне існування. Віруси викликають багато небезпечні захворювання і приносять шкоду здоров'ю людини і збиток народному господарству. Віруси - збудники таких захворювань, як грип, кір, поліомієліт, віспа. Вони викликають і захворювання рослин, наприклад мозаїчну хворобу тютюну. Листя хворих рослин стають строкатими, оскільки віруси тютюнової мозаїки руйнують хлоропласти і ділянки листа із зруйнованими хлоропластами стають безбарвними. Відомі також віруси, які поселяються в клітинах бактерій. Такі віруси називаються бактеріофагами або просто фагами («фагосом» - пожирає, грец.). Бактеріофаги повністю руйнують бактеріальні клітини і тому можуть бути використані для лікування бактеріальних захворювань, наприклад дизентерії, черевного тифу, холери.

Будова вірусів найбільш детально вивчено на прикладах вірусу тютюнової мозаїки і бактеріофагів. Вірус тютюнової мозаїки існує у формі окремих частинок, кожна з яких має паличкоподібну форму і являє собою циліндр з порожниною всередині. Стінка циліндра утворена молекулами білка, а всередині, під цією білковою оболонкою, розташовується тяж РНК, згорнутий у формі спіралі.

У довжину частинки вірусу досягають 3000 А, і тому їх можна бачити лише за допомогою електронного мікроскопа. Частинки вірусу поселяються в клітинах листя тютюну і часто утворюють скупчення у вигляді кристалів шестигранної форми. Ці кристали видно в світловий мікроскоп.

Будова бактеріофага розглянемо на прикладі форм, які поселяються в клітинах кишкової палички. Такий бактеріофаг за формою тіла нагадує пуголовка.

Довжина його близько 2000 А. Тіло бактеріофага складається з голівки, хвостика й кількох хвостових відростків. Зовні головка і хвостик покриті білковою оболонкою. Усередині головки знаходиться ДНК, а всередині хвостика проходить канал. Коли бактеріофаг проникає в клітку кишкової палички, то спочатку він прикріплюється до її поверхні, а потім розчиняє оболонку бактерії в тому місці, де сталося прикріплення. ДНК бактеріофага проходить в канал хвостика й впорскується в клітку бактерії через отвір, що утворилося в її оболонці. Далі у кишкової палички, зараженої бактеріофагом, починає синтезуватися ДНК бактеріофага, а не власна ДНК бактерії, і в кінцевому підсумку бактерія гине.

Таке будову вірусів, яке дійсно сильно відрізняється від будови клітин. Це дає нам право вважати, що віруси - неклітинні істоти. Їх будова значно простіше будови клітини.

Еволюція клітини. Існування організмів, які не мають клітинної будови, служить підтвердженням того, що клітини не завжди були такими, якими ми їх бачимо і вивчаємо зараз, а пройшли тривалий шлях еволюції. Ймовірно, в процесі розвитку життя спочатку з'явилися якісь неклітинні організми, будова яких було значно простіше, ніж будова найпростіших, відомих нам зараз одноклітинних організмів. Потім, на наступному етапі розвитку з'явилися клітинної форми існування живої матерії. Це, по всій ймовірності були якісь ще дуже просто організовані одноклітинні форми, які наступного, вищого ступеня еволюції дали початок багатоклітинних організмів.

4. Хімічний склад клітини. Вода. Неорганічні складові частини

Жива клітина характеризується активної хімічної діяльністю. У ній одночасно протікають тисячі хімічних реакцій. Речовини з зовнішнього середовища безперервним потоком надходять у клітку, і безперервно ж відпрацьовані продукти несуться із клітини в навколишнє середовище. В одних ділянках клітини речовини піддаються глибокому розпаду, в інших ділянках з простих низькомолекулярних речовин утворюються складні високомолекулярні з'єднання.

Хімічна діяльність клітини є основою її життя, головною умовою її розвитку та функціонування.

Хімічний склад клітини. У різних клітин виявляється схожість не тільки в будівлі, але і в хімічному складі. Це вказує на спільність походження клітин.

Дані про елементарне складі клітин представлені на таблиці.

Як видно з таблиці, до складу клітин входить багато різних елементів. З 104 елементів періодичної системи Менделєєва в клітках виявлено близько 60. Слід підкреслити, що жива клітина складається з тих самих елементів, що і неживі об'єкти. Це вказує на зв'язок і єдність живої і неживої природи.

Елементи, що входять до складу клітини, зручно розділити на три групи. У першу групу входять 4 елементи: кисень, вуглець, водень і азот. Зміст цих елементів у клітці найбільш велике. На їх частку припадає майже 98% всього складу клітини. Наступну групу утворюють елементи, вміст яких у клітині обчислюється десятими і сотими частками відсотка. Таких елементів 8: калій, сірка, фосфор, хлор, магній, натрій, кальцій і залізо. У сумі вони становлять приблизно 1,9%. До третьої групи відносяться всі інші елементи. Вони містяться в клітці у винятково малих кількостях (менше 0,01%). Їх називають, тому мікроелементами.

На атомному рівні розходжень між хімічним складом органічного і неорганічного світу немає. Відмінності виявляються на більш високому рівні організації - на молекулярному. Звичайно, не всі з'єднання, що містяться в клітині, специфічні для живої природи. Такі речовини, як вода і солі, поширені й поза живим. Але в організмах та продуктах їх життєдіяльності вже давно виявлено присутність великої кількості вуглецевмісних сполук, характерних тільки для організмів. Ці з'єднання і називаються, тому органічними. Зміст основних хімічних сполук, виявлених у клітинах, представлено на таблиці.

Вода. З таблиці видно, - що серед речовин клітини на першому місці стоїть вода. Вміст води в різних клітинах коливається; зазвичай вона становить близько 80% їх маси. Високий вміст води в клітині - необхідна умова її життєвої активності. Чим вище вміст води в клітині, тим інтенсивніше її життєдіяльність. Так, у швидкозростаючих клітинах ембріонів людини і тварин міститься близько 95% води. У клітинах дорослого організму води до 80%, а до старості знижується до 60%. Високоактивні клітини мозку містять близько 85% води, а в малоактивних клітинах жирової тканини вміст води не перевищує 40%. Смерть у результаті позбавлення води настає раніше, ніж від відсутності їжі. Втрата більше 20% маси за рахунок води для людини смертельна.

Роль води в клітині велика і різноманітна. Вода визначає багато фізичні властивості клітин - їх обсяг, пружність. Дуже суттєва роль води як розчинника. Багато речовин надходять у клітини у водному розчині, і у водному розчині ж відпрацьовані продукти виводяться з клітин. Більшість хімічних реакцій, що протікають в клітині, може йти тільки у водному розчині. Далі вода безпосередньо бере участь у багатьох хімічних реакціях клітини. Так, наприклад, розщеплення білків, жирів, вуглеводів та інших речовин відбувається в результаті хімічної взаємодії цих речовин з водою. Нарешті, вода відіграє істотну роль у розподілі і віддачі тепла в клітці.

Біологічна роль води визначається особливостями її внутрішньомолекулярної структури, полярністю її молекул, здатністю утворювати водневі зв'язки. Цими властивостями пояснюється, зокрема, висока питома теплоємність води, що, має значення для регуляції тепла в клітці. При охолодженні або підвищенні температури зовнішнього середовища тепло поглинається або виділяється завдяки розриву або новоутворення водневих зв'язків між молекулами води. Таким чином, коливання температури усередині клітини, незважаючи на різкі її зміни в зовнішньому середовищі, пом'якшуються. Особливостями внутрішньомолекулярної структури води пояснюються і її видатні 'властивості як розчинника. У воді розчиняються дуже багато речовин: солі, різні органічні речовини - білки, вуглеводи і т.д. Речовина розчиняється в тому випадку, якщо енергія тяжіння молекул води до молекул речовини виявляється більше, ніж енергія тяжіння між молекулами води. Речовини, у яких енергія тяжіння до води висока і, отже, розчинність особливо велика, називаються гідрофільними («гідро» - вода, «філе» - люблю, грец.). Існує велика група речовин, важко або практично майже зовсім нерозчинних у воді. К. них відноситься більшість неполярних речовин: жири, липоиди, каучук, парафін та ін Енергія притягання молекул води до неполярних молекул виявляється меншою, ніж енергія водневих зв'язків. Речовини, у яких енергія тяжіння до води особливо слабка і розчинність відповідно дуже низька, називаються гідрофобними, («гідро» - вода, «Фобос» - страх, грец.).

Нерозчинність гідрофобних речовин у воді використовується клітиною: до складу клітинних мембран входять неполярні речовини (липоиди), що обмежують перехід води з зовнішнього середовища в клітину і назад, а також з одних ділянок клітини в інші.