Страница 8 из 84
В 1858 г. немецкий анатом Р. Вирхов доказал, что каждая новая клетка возникает только от такой же клетки путем деления. Ему принадлежит знаменитое высказывание «Всякая клетка — от клетки».
Русский академик К. Бэр обнаружил у млекопитающих яйцеклетку и показал, что с этой единственной клетки начинают свое развитие все организмы. Таким образом, клетка — не только самая простая единица живого, но и элементарная единица развития жизни.
Успехи цитологии (<греч. kytos сосуд), изучающей строение и функции клеток, неразрывно связаны с развитием методов исследования: совершенствованием светового микроскопа и появлением электронного, применением методов выявления клеточных структур путем избирательного окрашивания специальными красителями.
Микроскоп голландского исследователя Антони ван Левенгука (конец XVII в.) увеличивал объекты в 270 раз. Современные световые микроскопы дают увеличение в 3 000 раз, а электронные — в 1 000 000 раз. Появившиеся в 1940-х годах электронные микроскопы вместо света используют поток электронов, а вместо линз — электромагнитные поля, фокусирующие электроны. С использованием электронного микроскопа удалось исследовать устройство органелл клетки.
Состав и строение клетки изучают также методом центрифугирования. Ткани предварительно измельчают до разрушения наружных плазматических мембран и помещают в центрифугу. Различные клеточные органеллы имеют разную плотность. В центробежном поле вращающейся центрифуги более плотные органеллы осаждаются быстрее, а менее плотные — медленнее.
В результате происходит разделение на группы (фракции).
Клетки человеческого мозга — нейроны
Для изучения однотипных растительных или животных клеток широко используется метод культуры клеток и тканей. Из одной или нескольких клеток на специальной питательной среде выращивается группа клеток или даже целое растение.
Различные формы клеток:
1 — бактерии, 2 — амеба, 3 — инфузория-туфелька, 4 — эвглена зеленая, 5 — икринка (яйцеклетка), 6 — эпителий кишечника, 7 — нервная клетка, 8 — лейкоциты, 9 — эритроциты, 10 — мышечная клетка
Клеточная теория, основанная в XIX веке, сохраняет свое значение в современной науке. Теперь она дополнена результатами многочисленных исследований химического состава, строения и функций клеток различных организмов, изучением закономерностей их развития и размножения. Современная клеточная теория включает следующие основные положения:
1. Все организмы состоят из клеток, которые являются их основными структурными и функциональными единицами.
2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.
3. Каждая новая клетка образуется только в результате деления материнской.
4. В многоклеточных организмах клетки специализируются по функциям и образуют ткани.
5. Клетки многоклеточного организма содержат одинаковую генетическую информацию, но отличаются активностью различных генов, что лежит в основе дифференциации (различии) клеток в разных тканях.
Плазмалемма Митохондрия Рибосома Включение
Ядро Ядрышко Вакуоль
Эндоплазматическая сеть Лизосома Комплекс Гольджи Хромопласт
Клеточная стенка Хлоропласт Цитозоль Лейкопласт Плазмодесма
Строение растительной клетки
Жизнь многоклеточного организма строится в удивительно слаженном взаимодействии его клеток. Так, эритроциты обеспечивают кислородом все клетки организма, секреторные клетки выделяют гормоны для многих других клеток, а нейроны образуют целые сети в организме.
Неклеточную форму жизни имеют лишь вирусы. Они очень просты по строению, их изучением занимается вирусология.
В зависимости от предназначения клетки ее форма и размер могут быть самыми различными. Клетки покровных тканей кубические или цилиндрические, нервные клетки имеют отростки, вытянутые в длинные нити. Встречаются шаровидные и дисковидные клетки. Средний размер растительных клеток 30—40 микрометров (1 мкм = 10-6 м), животных — 20—30 мкм. Длина отдельных отростков нервных клеток может достигать 1 метра.
При всем многообразии клетки сходны по своему химическому составу, строению и функциям. Все они имеют ядро и цитоплазму. В цитоплазме в световой микроскоп видны органеллы.
Исследование жизнедеятельности клеток имеет большое значение для предупреждения и лечения многих заболеваний. Именно в клетках появляются и развиваются нарушения, приводящие к серьезным расстройствам всего организма. Раковые опухоли представляют собой результат наследственных злокачественных изменений, возникающих в клетках. Недостаточная активность
Плазмалемма Лизосома Комплекс Гольджи
Вакуоль Включение
Пиноцитозный пузырек Ядрышко Ядро
Эндоплазматическая сеть
Центриоль Митохондрия Рибосома Цитозоль
Строение животной клетки
группы клеток поджелудочной железы, вырабатывающих гормон инсулин, приводит к заболеванию сахарным диабетом.
Исключительно слаженное функционирование каждой из клеток в огромной их совокупности, составляющей организм, всегда поражало исследователей. В общности построения всех организмов из клеток, сходных по составу, строению и функциям, одни ученые видят материалистическое эволюционное родство всего живого, другие — единство грандиозного замысла. Основатель клеточной теории немецкий ботаник Маттиас Шлей-ден известен высказыванием: «Именно истинный-то и точный натуралист и не может никогда сделаться материалистом и отрицать душу, свободу, Бога». А шотландский ботаник Роберт Броун, обнаруживший в клетках ядро (и открывший хаотическое «броуновское движение»), писал: «Познание Бога в мире — это первое движение ума, пробуждающегося от житейской суеты».
Далее мы рассмотрим строение и функционирование основных органелл эукариотической клетки.
1. Кем и когда создавалась клеточная теория? В чем суть
- открытий Р. Вирхова и К. Бэра?
2. Раскройте основные положения клеточной теории.
3. Опишите методы изучения состава и строения клеток.
4. Почему важно изучать строение и функционирование клеток?
§ 8. Поверхностный аппарат клетки
Каждая клетка многоклеточного организма взаимодействует с окружающей средой и соседними клетками через поверхностный аппарат, выполняющий три основные функции: барьерную, транспортную и рецепторную (воспринимающую).
Оболочка. Внешняя часть поверхностного аппарата клеток растений и бактерий представляет собой плотную клеточную стенку (0,1—4 мкм). Она служит жестким каркасом для клетки, защищает ее, обеспечивает связь клеток в ткань.
Наружная плазматическая мембрана (плазмалемма). Животные клетки оболочки не имеют, они окружены наружной плазматической мембраной. Ее внешнюю часть называют гликокаликсом (<греч. glykys сладкий + лат. callus оболочка). Гликокаликс очень тонкий (0,03—0,04 мкм), пластичный и неразличим в световом микроскопе. Он состоит из гликопротеинов (углеводов, соединенных с белками).
Каждому типу клеток соответствует свой комплекс гликолипидов и гликопротеинов, по этим меткам клетки «узнают» друг друга. Если клетки печени смешать, к примеру, с клетками почек, то они самостоятельно рассортируются в две отдельные группы. Из-за индивидуальных различий в структуре гликокаликса пересаженные ткани или органы, как правило, не приживаются. Гликокаликс слабо развит в клетках роговицы, хрящей и костей — эти ткани приживаются успешнее.
Некоторые белки гликокаликса являются рецепторами. Рецепторы воспринимают воздействия из внешней среды и обеспечивают контактное торможение роста. Новая клетка растет только до тех пор, пока не заполнит отведенное для нее пространство. Утратой контактных способностей характеризуется большинство клеток злокачественных опухолей: они продолжают расти и после того, как заполнят отведенное для них пространство. Гликока-ликс служит также для связи клеток в ткань. Если поверхности соседних клеток ткани относительно плоские, то контакт называют простым (клетки эпителия); если поверхности клеток взаимно извиты, это контакт типа замка. Наиболее прочным является десмосомный контакт между клетками животных: мембраны соседних клеток «сшиты» поперечными волокнами. Между нервными и мышечными клетками — особые контакты (синапсы), обеспечивающие передачу электрических и химических сигналов.