Будова і функції оболонки клітки
Схема будови тваринної клітини за даними електронного мікроскопа.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
План реферату
1. Введення ................................................. ............................... 1
2. Будова і функції оболонки клітки ......................... 2
Оболонка клітин ................................................ ...................................... 2
Плазматична мембрана ................................................ ................... 2
Фагоцитоз ................................................. ................................................. 3
Цитоплазма ................................................. ............................................... 3
Ендоплазматична мережа ................................................ ..................... 4
Рибосоми ................................................. .................................................. .4
Мітохондрії ................................................. ............................................ 4
Пластида ................................................. .................................................. .. 5
Апарат Гольджі ................................................ ...................................... 5
Лізосоми ................................................. .................................................. .. 6
Клітинний центр ................................................ ...................................... 6
Клітинні включення ................................................ ............................ 6
Ядро ................................................. .................................................. ............ 6
3. Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини .... 6
Атомний і молекулярний склад клітки .......................................... 6
Вміст хімічних елементів у клітині (таблиця) ............... 7
Введення
Цитологія - наука про клітину. Наука про клітці називається цитологією (грец. «цітос»-клітина, «логос»-наука). Предмет цитології - клітини багатоклітинних тварин і рослин, а також одноклітинних організмів, до яких відносяться бактерії, найпростіші і одноклітинні водорості. Цитологія вивчає будову і хімічний склад клітин, функції внутрішньоклітинних структур, функції клітин в організмі тварин і рослин, розмноження та розвиток клітин, пристосування клітин до умов навколишнього середовища. Сучасна цитологія - наука комплексна. Вона має найтісніші зв'язки з іншими біологічними науками, наприклад з ботанікою, зоологією, фізіологією, вченням про еволюцію органічного світу, а також з молекулярною біологією, хімією, фізикою, математикою. Цитологія - одне з відносно молодих біологічних наук, її вік близько 100 років. Вік же терміна "клітина" налічує понад 300 років. Вперше назва «клітка» в середині XVII ст. застосував Р. Гук. Розглядаючи тонкий зріз пробки за допомогою мікроскопа, Гук побачив, що пробка складається з осередків - клітин.
Клітинна теорія. У середині XIX століття на основі вже численних знання клітині Т. Шванн сформулював клітинну теорію (1838). Він узагальнив були знання про клітині і показав, що клітина представляє основну одиницю будови всіх живих організмів, що клітини тварин і рослин подібні за своєю будовою. Ці положення стали найважливішими доказами єдності походження всіх живих організмів, єдність всього органічного світу. Т. Шван вніс у науку правильне розуміння клітини як самостійної одиниці життя, найменшої одиниці живого: поза клітини немає життя.
Вивчення хімічної організації клітини дійшли висновку, що саме хімічні процеси лежать в основі її життя, що клітини всіх організмів подібні за хімічним складом, вони однотипно протікають основні процеси обміну речовин. Дані про подібність хімічного складу клітин ще раз підтвердили єдність всього органічного світу.
Сучасна клітинна - теорія включає наступні положення:
клітина - основна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів, найменша одиниця живого;
клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні (гомологічні) за своєю будовою, хімічним складом, основним проявам життєдіяльності і обміну речовин;
розмноження клітин відбувається шляхом їх розподілу, і кожна нова клітина утворюється в результаті розподілу вихідної (материнської) клітини;
в складних багатоклітинних організмах клітини спеціалізовані за виконуваної ними функції і утворюють тканини, з тканин складаються органи, які тісно пов'язані між собою і підпорядковані нервовим і гуморальним систем регуляції.
Дослідження клітини мають велике значення для розгадки захворювань. Саме в клітинах починають розвиватися патологічні зміни, що призводять до виникнення захворювань. Щоб зрозуміти роль клітин у розвитку захворювань, наведемо кілька прикладів. Одне з серйозних захворювань людини - цукровий діабет. Причина цього захворювання - недостатня діяльність групи клітин підшлункової залози, що виробляють гормон інсулін, який бере участь в регуляції цукрового обміну організму. Злоякісні зміни, що призводять до розвитку ракових пухлин, виникають на рівні клітин. Збудники кокцидіозу - небезпечного захворювання кроликів, курей, гусей і качок - паразитичні найпростіші - кокцидии проникають в клітини кишкового епітелію і печінки, ростуть і розмножуються в них, повністю порушують обмін речовин, а потім руйнують ці клітини. У хворих кокцидіозом тварин сильно порушується діяльність травної системи і за відсутності лікування тварини гинуть. Ось чому вивчення будови, хімічного складу, обміну речовин і всіх проявів життєдіяльності клітин необхідно не тільки в біології, але й у медицині та ветеринарії.
Вивчення клітин різноманітних одноклітинних і багатоклітинних організмів за допомогою светооптического і електронного мікроскопів показало, що за своєю будовою вони поділяються на дві групи. Одну групу становлять бактерії та синьо-зелені водорості. Ці організми мають найбільш просту будову клітин. Їх називають доеденнимі (прокаріоти), так як у них немає оформленого ядра (грец. «картон»-ядро) немає багатьох структур, які називають органоидами. Іншу групу становлять усі інші організми: від одноклітинних зелених водоростей і найпростіших до вищих квіткових рослин, ссавців, у тому числі і людини. Вони мають складно влаштовані клітини, які називають ядерними (еукаріотичних). Ці клітини мають ядро і органели, що виконують специфічні функції.
Особливу, неклеточную форму життя становлять віруси, вивченням яких займається вірусологія.
Будова і функції оболонки клітки
Клітка будь-якого організму, являє собою цілісну живу систему. Вона складається з трьох нерозривно пов'язаних між собою частин: оболонки, цитоплазми і ядра. Оболонка клітка здійснює безпосередню взаємодію із зовнішнім середовищем і взаємодію із сусідніми клітинами (у багатоклітинних організмах).
Оболонка клітин. Оболонка кліток має складну будову. Вона складається із зовнішнього шару і розташованої під ним плазматичної мембрани. Клітини тварин і рослин розрізняються по будові їх зовнішнього шару. У рослин, а також у бактерій, синьо-зелених водоростей і грибів на поверхні клітин розташована щільна оболонка, чи клітинна стінка. У більшості рослин вона складається з клітковини. Клітинна стінка грає винятково важливу роль: вона являє собою зовнішній каркас, захисну оболонку, забезпечує тургор рослинних клітин: через клітинну стінку проходить вода, солі, молекули багатьох органічних речовин.
Зовнішній шар поверхні кліток тварин на відміну від клітинних стінок рослин дуже тонкий, еластичний. Він не видний у світловий мікроскоп і складається з різноманітних полісахаридів і білків. Поверхневий шар клітин тварин отримав назву глікокалікс.
Гликокаликс виконує насамперед функцію безпосереднього зв'язку кліток тварин із зовнішнім середовищем, із усіма навколишніми її речовинами. Маючи незначну товщину (менше 1 мкм), зовнішній шар клітки тварин не виконує опорної ролі, яка властива клітинним стінкам рослин. Освіта глікокаліксу, так само як і клітинних стінок рослин, відбувається завдяки життєдіяльності самих кліток.
Плазматична мембрана. Під гликокаликсом і клітинною стінкою рослин розташована плазматична мембрана (лат. "мембрана»-шкірочка, плівка), що межує безпосередньо з цитоплазмою. Товщина плазматичної мембрани близько 10 нм, вивчення її будівлі і функцій можливо тільки за допомогою електронного мікроскопа.
До складу плазматичної мембрани входять білки і ліпіди. Вони упорядковано розташовані і з'єднані один з одним хімічними взаємодіями. За сучасними уявленнями молекули ліпідів у плазматичній мембрані розташовані в два ряди й утворять суцільний шар. Молекули білків не утворять суцільного шару, вони розташовуються в шарі ліпідів, занурюючись у нього на різну глибину.
Молекули білка і ліпідів рухливі, що забезпечує динамічність плазматичної мембрани.
Плазматична мембрана виконує багато важливих функцій, від яких углядять життєдіяльність клітин. Одна з таких функцій полягає в тому, що вона утворює бар'єр, отграничивающий внутрішній вміст клітини від зовнішнього середовища. Але між клітинами і зовнішнім середовищем постійно відбувається обмін речовин. З зовнішнього середовища в клітку надходить вода, різноманітні солі у формі окремих іонів, неорганічні й органічні молекули. Вони проникають у клітину через дуже тонкі канали плазматичної мембрани. У зовнішнє середовище виводяться продукти, утворені в клітці. Транспорт речовин-одна з головних функцій плазматичної мембрани. Через плазматичну мембрану з кліті виводяться продукти обміну, а також речовини, синтезовані в клітці. До числа їх відносяться різноманітні білки, вуглеводи, гормони, які виробляються у клітинах різних залоз і виводяться в позаклітинне середовище у формі дрібних крапель.
Клітки, що утворять у багатоклітинних тварин різноманітні тканини (епітеліальну, м'язову і ін), з'єднуються один з одним плазматичною мембраною. У місцях з'єднання двох клітин мембрана кожної з них може утворювати складки або вирости, які дають сполукам особливу міцність.
З'єднання клітин рослин забезпечується шляхом утворення тонких каналів, які заповнені цитоплазмою й обмежені плазматичною мембраною. За таким каналам, які пройшли через клітинні оболонки, з однієї клітини до іншої надходять поживні речовини, іони, вуглеводи та інші сполуки.
На поверхні багатьох кліток тварин, наприклад різних епітеліїв, знаходяться дуже дрібні тонкі вирости цитоплазми, покриті плазматичною мембраною, - мікроворсинки. Найбільша кількість мікроворсинок знаходиться на поверхні клітин кишечника, де відбувається інтенсивне переварювання і всмоктування перевареної їжі.
Фагоцитоз. Великі молекули органічних речовин, наприклад білків і полісахаридів, частки їжі, бактерії надходять у клітку шляхом фагоцита (грец. "фагео" - пожирати). У фагоците участь приймає плазматична мембрана. У тому місці, де поверхня клітки стикається із часткою будь-якого щільного речовини, мембрана прогинається, утворить поглиблення й оточує частку, що у "мембранної упаковці" занурюється всередину клітини. Утворюється травна вакуоль і в ній переварюються надійшли в клітину органічні речовини.
Цитоплазма. Відмежована від зовнішнього середовища плазматичною мембраною, цитоплазма являє собою внутрішню напіврідку середу клітин. У цитоплазму еукаріотичних клітин розташовуються ядро і різні органели. Ядро розташовується в центральній частині цитоплазми. У ній зосереджені і різноманітні включення - продукти клітинної діяльності, вакуолі, а також дрібні трубочки і нитки, що формують скелет клітини. У складі основної речовини цитоплазми переважають білки. У цитоплазмі протікають основні процеси обміну речовин, вона об'єднує в одне ціле ядро і всі органоїди, забезпечує їх взаємодію, діяльність клітини як єдиної цілісної живої системи.
Ендоплазматична мережа. Уся внутрішня зона цитоплазми заповнена численними дрібними каналами і порожнинами, стінки яких являють собою мембрани, подібні по своїй структурі з плазматичною мембраною. Ці канали гілкуються, з'єднуються один з одним і утворюють мережу, яка дістала назву ендоплазматичної мережі.
Ендоплазматична мережа неоднорідна за своєю будовою. Відомі два її типи - гранулярная і гладка. На мембранах каналів і порожнин гранулярной мережі розташовується безліч дрібних округлих тілець - рибосом, які надають мембран шорсткий вигляд. Мембрани гладкої ендоплазматичної мережі не несуть рибосом на своїй поверхні.
Ендоплазматична мережа виконує багато різноманітних функцій. Основна функція гранулярной ендоплазматичної мережі - участь у синтезі білка, який здійснюється в рибосомах.
На мембранах гладкої ендоплазматичної мережі відбувається синтез ліпідів і вуглеводів. Всі ці продукти синтезу накопичуються н каналах і порожнинах, а потім транспортуються до різних органоидам клітини, де споживаються чи накопичуються в цитоплазмі як клітинних включень. Ендоплазматична мережа зв'язує між собою основні органели клітини.
Рибосоми. Рибосоми виявлені в клітках всіх організмів. Це мікроскопічні тільця округлої форми діаметром 15-20 нм. Кожна рибосома складається з двох неоднакових по розмірах часток, малої і великий.
В одній клітці міститься багато тисяч рибосом, вони розташовуються або на мембранах гранулярной ендоплазматичної мережі, або вільно лежать у цитоплазмі. До складу рибосом входять білки і РНК. Функція рибосом - це синтез білка. Синтез білка - складний процес, який здійснюється не однією рибосомою, а цілою групою, що включає до декількох десятків об'єднаних рибосом. Таку групу рибосом називають полисомой. Синтезовані білки спочатку накопичуються в каналах і порожнинах ендоплазматичної мережі, а потім транспортуються до органоидам і ділянкам клітини, де вони потребляютя. Ендоплазматична мережа і рибосоми, розташовані на її мембранах, являють собою єдиний апарат біосинтезу і транспортування білків.
Мітохондрії. У цитоплазмі більшості кліток тварин і рослин містяться дрібні тільця (0,2-7 мкм) - мітохондрії (грец. «митос» - нитка, «хондріон» - зерно, гранула).
Мітохондрії добре видні у світловий мікроскоп, за допомогою якого можна розглянути їхню форму, розташування, порахувати кількість. Внутрішня будова мітохондрій вивчено за допомогою електронного мікроскопа. Оболонка мітохондрії складається з двох мембран - зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, вона утворює ніяких складок і виростів. Внутрішня мембрана, навпроти, утворить численні складки, які спрямовані в порожнину мітохондрії. Складки внутрішньої мембрани називають кристами (лат. «кріста» - гребінь, виріст) Число крист неоднаково в мітохондріях різних кліток. Їх може бути від декількох десятків до декількох сотень, причому особливо багато крист у мітохондріях активно функціонуючих кліток, наприклад м'язових.
Мітохондрії називають «силовими станціями» кліток »тому що їхня основна функція - синтез аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Ця кислота синтезується в мітохондріях кліток всіх організмів і являє собою універсальне джерело енергії, необхідний для здійснення процесів життєдіяльності клітки і цілого організму.
Нові мітохондрії утворяться розподілом вже існуючих у клітці мітохондрій.
Пластиди. У цитоплазмі клітин усіх рослин знаходяться пластиди. У клітинах тварин пластиди відсутні. Розрізняють три основних типи пластид: зелені - хлоропласти, червоні, помаранчеві та жовті - хромопласти; безбарвні - лейкопласти.
Хлоропласт. Ці органели містяться в клітках листів і інших зелених органів рослин, а також у різноманітних водоростей. Розміри хлоропластів 4-6 мкм, найбільш часто вони мають овальну форму. У вищих рослин в одній клітці звичайно буває кілька десятків хлоропластів. Зелений колір хлоропластів залежить від змісту в них пігменту хлорофілу. Xлоропласт - основний органоїд клітин рослин, в якому відбувається фотосинтез, тобто утворення органічних речовин (вуглеводів) з неорганічних (СО2 і Н2О) при використанні енергії сонячного світла.
За будовою хлоропласти подібні з мітохондріями. Від цитоплазми хлоропласт відмежований двома мембранами - зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, без складок і виростів, а внутрішня утворить багато складчастих виростів, спрямованих всередину хлоропласта. Тому всередині хлоропласта зосереджена велика кількість мембран, що особливі структури - грани. Вони складені на зразок стопки монет.
У мембранах гран розташовуються молекули хлорофілу, тому саме тут відбувається фотосинтез. У хлоропластах синтезується й АТФ. Між внутрішніми мембранами хлоропласта містяться ДНК, РНК. і рибосоми. Отже, в хлоропластах, так само як і в мітохондріях, відбувається синтез білка, необхідного для діяльності цих органоїдів. Хлоропласти розмножуються поділом.
Хромопласти знаходяться в цитоплазмі клітин різних частин рослин: у квітках, плодах, стеблах, листі. Присутністю хромопластів пояснюється жовта, помаранчева і червоне забарвлення віночків квіток, плодів, осінніх листів.
Лейкопласти. знаходяться в цитоплазмі клітин нефарбованих частин рослин, наприклад у стеблах, коренях, бульбах. Форма лейкопластов різноманітна.
Хлоропласти, хромопласти і лейкопласти здатні клітка взаємному переходу. Так при дозріванні плодів або зміну забарвлення листя восени хлоропласти перетворюються в хромопласти, а лейкопласти можуть перетворюватися в хлоропласти, наприклад, при позеленении бульб картоплі.
Апарат Гольджі. У багатьох клітинах тварин, наприклад у нервових, він має форму складної мережі, розташованої навколо ядра. У клітинах рослин і найпростіших апарат Гольджі представлений окремими тільцями серповидной чи палочковидной форми. Будова цього органоида подібно в клітках рослинних і тваринних організмів, незважаючи на розмаїтість його форми.
До складу апарату Гольджі входять: порожнини, обмежені мембранами і розташовані групами (по 5-10); великі і дрібні пухирці, розташовані на кінцях порожнин. Всі ці елементи складають єдиний комплекс.
Апарат Гольджі виконує багато важливих функцій. По каналах ендоплазматичної мережі до нього транспортуються продукти синтетичної діяльності клітини - білки, вуглеводи і жири. Всі ці речовини спочатку накопичуються, а потім у вигляді великих і дрібних пухирців надходять у цитоплазму і або використовуються в самій клітці в процесі її життєдіяльності, або виводяться з неї і використовуються в організмі. Наприклад, в клітинах підшлункової залози ссавців синтезуються травні ферменти, які накопичуються в порожнинах органоида. Потім утворюються бульбашки, наповнені ферментами. Вони виводяться з кліток у протоку підшлункової залози, звідки перетікають у порожнину кишечника. Ще одна важлива функція цього органоида полягає в тому, що на його мембранах відбувається синтез жирів і вуглеводів (полісахаридів), які використовуються в клітці і які входять до складу мембран. Завдяки діяльності апарату Гольджі відбуваються оновлення і зростання плазматичної мембрани.
Лізосоми. Представляють собою невеликі округлі тільця. Від Цитоплазми кожна лізосома відмежована мембраною. Усередині лізосоми знаходяться ферменти, що розщеплюють білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти.
До харчової частинки, що надійшла в цитоплазму, підходять лізосоми, зливаються з нею, і утворюється одна травна вакуоль, усередині якої знаходиться харчова частка, оточена ферментами лізосом. Речовини, що утворилися в результаті переварювання харчової частки, надходять у цитоплазму і використовуються кліткою.
Володіючи здатністю до активного переварювання харчових речовин, лізосоми беруть участь у видаленні відмираючих у процесі життєдіяльності частин клітин, цілих клітин і органів. Утворення нових лізосом відбувається в клітці постійно. Ферменти, що містяться в лізосомах, як і всякі інші білки синтезуються на рибосомах цитоплазми. Потім ці ферменти надходять по каналах ендоплазматичної мережі до апарата Гольджі, в порожнинах якого формуються лізосоми. У такому вигляді лізосоми надходять у цитоплазму.
Клітинний центр. У клітинах тварин поблизу ядра знаходиться органоїд, який називають клітинним центром. Основну частину клітинного центру складають два маленьких тільця - центріолі, розташовані в невеликій ділянці ущільненої цитоплазми. Кожна центриоль має форму циліндра довжиною до 1 мкм. Центріолі грають важливу роль при поділі клітини; вони беруть участь в утворенні веретена поділу.
Клітинні включення. До клітинних включень відносяться вуглеводи, жири і білки. Всі ці речовини накопичуються в цитоплазмі клітки у вигляді крапель і зерен різної величини і форми. Вони періодично синтезуються в клітці і використовуються в процесі обміну речовин.
Ядро. Кожна клітина одноклітинних і багатоклітинних тварин, а також рослин містить ядро. Форма і розміри ядра залежать від форми і розміру кліток. У більшості клітин є одне ядро, і такі клітини називають одноядерними. Існують також клітини з цими двома, трьома, з декількома десятками і навіть сотнями ядер. Це - багатоядерні клітини.
Ядерний сік - полужидкое речовина, яка знаходиться під ядерною оболонкою і представляє внутрішнє середовище ядра.
Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини
Атомний і молекулярний склад клітки. У мікроскопічної клітині міститься кілька тисяч речовин, які беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, що протікають в клітині, - одна з основних умов її життя, розвитку та функціонування.
Всі клітини тварин і рослинних організмів, а також мікроорганізмів подібні по хімічному складу, що свідчить про єдність органічного світу.
Вміст хімічних елементів у клітці
Елементи Кількість (у%) Елементи Кількість (у%)
Кисень 65-75 Кальцій 0,04-2,00
Вуглець 15-16 Магній 0,02-0,03
Водень 8-10 Натрій 0,02-0,03
Азот 1,5-3,0 Залізо 0,01-0,015
Сірка 0,15-0,2 Йод 0,0001
У таблиці наведено дані про атомний складі клітин. З 109 елементів періодичної системи Менделєєва в клітках виявлена значна їхня більшість. Особливо великий зміст у клітці чотирьох елементів - кисню, вуглецю, азоту та водню. У сумі вони становлять майже 98% усього вмісту клітки. Наступну групу складають вісім елементів, зміст яких у клітці обчислюється десятими і сотими частками відсотка. Це сірка, фосфор, хлор, калій, магній, натрій, кальцій, залізо. У сумі вони становлять 1.9%. Всі інші елементи містяться в клітці у винятково малих кількостях (менше 0,01%)
Таким чином, у клітці немає яких-небудь особливих елементів, характерних тільки для живої природи. Це вказує на зв'язок і єдність живої і неживої природи. На атомному рівні розходжень між хімічним складом органічного і не органічного світу немає. Відмінності виявляються на більш високому рівні організації - молекулярному.