История изучения клетки. Клетка – единица строения и жизнедеятельности организма. Клеточная теория строения организмов и её положения

Задание 1.

Самостоятельно изучить тему «История изучения клетки. Клетка – единица строения и жизнедеятельности организма. Клеточная теория строения организмов и её положения»

 

 

История изучения клетки. Клетка – единица строения и жизнедеятельности организма. Клеточная теория строения организмов и её положения

 

Вы помните, что живые существа состоят из клеток. Исключение пред­ ставляют вирусы, которые большинство ученых считает неклеточной формой жизни.

• Клетка - основная структурно-функциональная единица всех орга­ низмов, элементарная биологическая система. Это означает, что на кле­ точном уровне организации живой материи полностью проявляются все основные свойства               живого:  обмен веществ    и преобразование    энергии, способность к росту, размножению, движению, сохранению и передаче наследственной информации потомству и т. п.

 

Организм человека, как и большин­ ства животных, состоит из нескольких сотен разновидностей клеток (рис. 14.1, 1). Значительное многообразие клеток присуще также и растениям (рис. 14.1, 2).

 

• Организация клеток. Несмотря на многообразие форм, организация клеток всех живых организмов подчинена единым закономерностям. Так, все клетки состоят из поверхностного аппарата и цитоплазмы. В зависимо­ сти от наличия ядра все организмы делят на два надцарства: Прокариоты и Эукариоты. Клетки прокариот, кроме того, что не имеют ядра, еще и до­ вольно просто организованы. Клетки эукариот - грибов, растений и жи­ вотных - организованы сложнее и обязательно имеют ядро {рассмотрите рисунок 14.2 и определите, какие структуры общие для разных клеток).

Вспомните, особенностями строения клеток растений и грибов, в первую очередь, является наличие клеточной стенки. Благодаря этому форма клеток этих организмов более или менее постоянна. Клетки животных не имеют кле­ точной стенки, поэтому многие из них могут менять свою форму. В клетках различных представителей эукариот встречаются разные типы вакуолей. На­ пример, в клетках растений и грибов присутствуют вакуоли с клеточным со­ ком. В клетках животных из нет, зато часто встречаются пищеварительные вакуоли, в которых переваривается пища. Клетки растений отличаются от клеток грибов и животных наличием хлоропластов. Хотя эти органеллы име­ ются у некоторых одноклеточных животных, например у эвглены зеленой.

Внутреннее содержимое каждой клетки окружает поверхностный ап парат. В его состав входят плазматическая мембрана, надмембранные и подмембранные структуры. Поверхностный аппарат клетки защищает ее внутреннее содержимое от неблагоприятных влияний окружающей среды, обеспечивает обмен веществами и энергией между клеткой и окружающей средой.

Внутренняя среда клетки - это цитоплазма (от греч. китос - клетка и плазма - вылепленное). В ее состав входят разные органическое и неорга­ ническое соединения, а также такие компоненты клетки, как органеллы и включения. Цитоплазма при помощи внутриклеточных мембран раз­ делена на отдельные функциональные участки.

В цитоплазме расположен внутриклеточный скелет, или цитоскелет (от греч. китос и скелетон - скелет) (см. рис. 16.3). Это система белковых образований - микротрубочек и микронитей, которая выполняет прежде всего опорную функцию. Кроме того, элементы цитоскелета участвуют в изменении формы и движении клетки, обеспечивают определенное рас­ положение и перемещения органелл.

    Органеллы (от греч. органон - орган, инструмент) - постоянные кле­ точные структуры (еще раз взгляните на рисунок 14.2 и вспомните, какие органеллы клеток вам известны из предыдущих курсов биологии и каковы их функции). Каждая из органелл обеспечивает соответствующие процессы          жизнедеятельности                 клетки (питание, движение, синтез определенных соединений, хранение и передачу наследственной инфор­ мации и т. п.). Одни органеллы ограничены одной мембраной (вакуоли, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, л изосомы), другие - двумя (хлоропласты, митохондрии, ядро) или вообще не имеют мембранной оболочки  (клеточный центр, рибосомы,    микротрубочки,          микронити).                    Особенности строения каждой органеллы тесно связаны с ее функциями.

В отличие от органелл, клеточные включения - непостоянные ком­ поненты клетки. Они могут исчезать и снова появляться в процессе ее жизнедеятельности. Включения - это запасные вещества или конечные продукты обмена веществ.

Современные цитологические исследования направлены прежде всего на изучение наименьших органелл и структур. Ведь усовершенствован­ ные увеличительные приборы и новейшие технологии открывают новые перспективы перед исследователями. Ныне все больше развиваются ис­ следования в областях клеточной инженерии, цитотехнологий и т. п

 

 

 

 

 

Методы исследования клеток. Первым прибором, который позволил изучать клетки, был световой (оптический) микроскоп. Методы исследова­ ний, которые осуществляют с его помощью, называют световой микро­ скопией.

Метод световой микроскопии основан на том, что через прозрачный или полупрозрачный объект исследования проходят лучи света, которые затем попадают в систему линз объектива и окуляра (рис. 14.3, 1). Эти линзы увеличивают объект исследования, при этом кратность увеличе­ ния можно определить как произведение увеличений объектива и окуля­ ра. Например, если лицзы окуляра обеспечивают увеличение в 10 раз, а объектива - в 40, то общее увеличение объекта исследований будет 400- кратное. Современные световые микроскопы могут обеспечивать увели­ чение до 2-3 тыс. раз.

Клеточные структуры наименьших размеров (мембраны и т. п.) были открыты и изучены при помощи электронного микроскопа, изобретенно­ го в первой половине XX века. Электронный микроскоп способен увели­ чивать изображение объектов исследования в 500 тыс. раз и больше.

Конструкция электронного микроскопа несколько напоминает конструкцию светового, но вместо лучей света в нем применяют поток элек­  тронов, которые движутся в магнитном поле (рис. 14.3, 2). Роль линз при этом выполняют электромагниты, способные изменять направление дви­ жения электронов, собирать их в пучок (фокусировать) и направлять его на объект исследования.

Часть электронов, проходя через объект исследования, может отражаться, рассеиваться, поглощаться, взаимодействовать с объектом или проходить сквозь него без изменений. Пройдя через исследуемый объект, электроны попадают на люминесцентный экран, вызывая его неравномерное свечение, или на особый фотоматериал, с помощью которого изо­ бражение можно сфотографировать.

Поверхности клеток, отдельных органелл и т. п. также изучают мето­ дом сканирующей электронной микроскопии (рис. 14.3, 3). При этом поток электронов не проходит сквозь объект исследования, а отражается от его поверхности.

На живых клетках изучают процессы жизнедеятельности (движение цитоплазмы, деление и т. п.). Особенности тонкого строения изучают на обработанных определенным способом клетках. Для этого клетки необхо­ димо предварительно зафиксировать особыми веществами (спирт, форма­ лин и т. п.), быстрым замораживанием или высушиванием. Отдельные структуры фиксированных клеток окрашивают особыми красителями и изготовляют микроскопические препараты, которые могут храниться продолжительное время. Для того чтобы с помощью электронного сканирующего микроскопа сфотографировать поверхности клетки или отдельных органелл, их покрывают металлической (обычно золотой) пылью.

Постоянно иметь в своем распоряжении клетки разных типов позволяет метод культуры клеток. При этом живые клетки содержат и размножают на искусственных питательных средах (например, изготовленных из агара - вещества, добываемого из красных водорослей). Изменяя компоненты питательной среды, можно наблюдать, как те или иные соедине­ ния будут влиять на рост, размножение и другие свойства клеток. Куль­ туры клеток используют в медицине, ветеринарии и службе защиты растений для проверки влияния на них разнообразных химических пре­ паратов, вирусов, одноклеточных организмов,   получения биологически активных веществ (лекарств, биостимуляторов и т. п.).

Метод меченых атомов, или ауторадиография, помогает определить место и ход определенных физико-химических процессов в клетке. Для этого в нее вводят вещество, в котором один из атомов определенного эле­ мента (углерода, фосфора и др.) замещен его радиоактивным изотопом. С помощью особых приборов, способных обнаруживать изотопы, можно проследить за перемещением (миграцией) в клетке этих веществ, их пре­ образованиями, выявить место и характер тех или иных биохимических процессов.

Для изучения разных структур клеток используют также метод центрифугирования. При этом клетки предварительно измельчают и в особых пробирках помещают в центрифугу - прибор, способный развивать быстрые обороты. Поскольку разные клеточные структуры имеют неодинаковую плотность, при очень быстрых оборотах центрифуги они будут оседать слоями: более плотные органеллы осаждаются быстрее и потому окажутся снизу,  а менее плотные - сверху. Эти слои разделяют и изучают отдельно.

 

 

                         

 

  

 

                  Клетки    состоят           из поверхностного аппарата и цитоплазмы. Поверхностный аппарат окружает внутреннее содержимое клет­ ки. В его состав входят плазматическая мембрана, надмембранные и подмембранные структуры. Внутренняя среда клетки - цитоплазма, в ее состав входят разные органические и неорганические соединения, а также такие компоненты клетки, как органеллы и включения.

Для исследования клеток используют разнообразные методы: световую и электронную микроскопию, ауторадиографию, центрифугирование и др. Клетки исследуют как в живом виде, так и в зафиксированном состоянии. Для того чтобы постоянно изучать клетки определенных типов, применяют метод культуры клеток.

 

Задание №2. Написать в тетрадь опорный конспект лекции.