Каким свойствами обладает клетка
Клетка состоит из желеобразной массы – протоплазмы и ядра, окруженных клеточной мембраной. Клетки обладают всеми свойствами живой материи, включая самосохранение и самовоспроизводство.
Поглощение и усвоение. Клетки избирательно поглощают из окружающей их межклеточной (интерстициальной) жидкости такие химические вещества, как аминокислоты, из которых синтезируются более сложные соединения – белки, составляющие основу протоплазмы. Таким образом, клетка является единицей, активно накапливающей и использующей питательный вещества, поступающие в организм человека с пищей.
Рост и восстановление. Питательные вещества могут использоваться для синтеза новой протоплазмы, что приводит к увеличению размеров. Кроме того, питательные вещества необходимы для восстановления (регенерации) пришедших в негодность частей клеток.
Метаболизм. Рост и регенерация осуществляются благодаря анаболической функции, для осуществления которой клетка нуждается в энергии. В качестве ее источника используются отдельные компоненты поступающих в клетку веществ. Освобождающаяся при их расщеплении (катаболизме) энергия необходима клетке для теплопродукции, выделения секретов, движений и нервной деятельности.
Дыхание. Для функционирования и поддержания деятельности клетки крайне необходимы доставка с током крови кислорода из легких, и удаление из тканей углекислого газа (конечного продукта метаболизма).
Выделение. Образующиеся в результате катаболических процессов вещества выделяются из клетки в интерстициальную жидкость, откуда поступают в кровь. При этом углекислота транспортируется в легкие, и удаляется из организма в виде углекислого газа. Другие продукты обмена выводятся через почки с мочой.
1.3.2. Строение клетки.
Строение клетки необходимо рассматривать по частям во взаимосвязи функций этих частей.
Важнейшей (первой) структурной частью клетки является клеточная мембрана, которая отделяет цитоплазму от окружающей среды. Это не статическая оболочка, она выполняет множество функций. Одним из основных ее свойств является избирательная проницаемость, поддерживающая постоянство внутренней среды клетки. Благодаря этому свойству одни вещества свободно проникают в клетку, для других доступ закрыт.
Второй частью клетки является цитоплазма, котораясостоит из гиалоплазмы (собственно цитоплазмы — представляет собой сложный коллоидный материал), связанной с анаболической (синтетической) функцией клетки и содержащей органеллы:
· Лизосомы – представляют собой мембранные пузырьки, содержащие литические ферменты (гидролазы). Лизосомы могут переваривать как поступившие в клетку путем эндоцитоза продукты, так и отдельные составные части клетки (а иногда ее целиком – процесс автолиза).
· Митохондрии – небольшие палочкообразные образования, окруженные двумя мембранами. Митохондрии называют «энергетическими станциями» клетки, так как в них образуются молекулы АТФ, аккумулирующие энергию в виде химических связей.
· Комплекс Гольджи – система канальцев и пузырьков вблизи ядра, обеспечивающая выделительную (секреторную) функцию клетки.
· Рибосомы– глобулярные органеллы, состоящие из двух субъединиц неравного размера (большой и малой). На рибосомах происходит синтез белковых молекул.
Третья часть клетки — ядро – состоит из кариоплазмы, отделенной от цитоплазмы ядерной мембраной, которая также обладает функцией избирательной проницаемости. Ядро контролирует всю деятельность клетки, без него клетка погибает. В ядерном соке содержится хроматин (определенным образом организованное вещество хромосом). Хроматин состоит из молекул ДНК, связанных с белками. Хромосома – комплекс одной молекулы ДНК с белками. В интерфазном ядре (ядре клеток в промежутках между делением) гены, входящие в состав хромосом, обеспечивают поддержание жизнедеятельности, а во время митоза (клеточного деления) при помощи хромосом осуществляется передача генетической информации.
Генырасположены в составе хромосом в линейной последовательности. У человека в клетках различных тканей содержится постоянное число хромосом, равное сорока шести. Кроме хроматина ядро содержит одно или несколько ядрышек. Центросома – небольшое тельце возле ядра, играющее важную роль в процессах деления клетки.
1.3.3. Размножение клеток.
Клетка не может расти до бесконечности. Достигнув определенного размера, она делится на две дочерние клетки. Благодаря этому происходит замена изношенных и погибших клеток. Клеточное деление называется митозом (кариокинезом).
Деление начинается с изменения ядра. При этом ядерная мембрана исчезает, а хроматин, спирализуясь, превращается в длинные нити – хромосомы. После разделения центросомы на две части каждая из них направляется к противоположным полюсам материнской клетки. Затем к полюсам притягиваются хромосомы, и располагаются возле центросом. При превращении хромосом обратно в хроматин, происходит образование двух новых ядер. В конечном итоге за счет образования перетяжки посередине цитоплазмы формируются две новые клетки.
Каждая возникшая в результате митоза дочерняя клетка содержит 46 хромосом, поскольку во время деления их количество удваивается. Процесс удвоения (дупликации) хромосом очень важен для понимания основ жизнедеятельности клеток. Однако митоз — не единственный вид клеточного деления. В половых органах (яичках и яичниках) образование дочерних клеток происходит в результате мейоза. При этом в половых клетках, гаметах (сперматозоидах и яйцеклетках), не происходит удвоения числа хромосом – сохраняется их гаплоидный набор (двадцать три хромосомы). При оплодотворении образуется зигота, содержащая уже полный или диплоидный набор (46 хромосом). Таким образом, заключенная в хромосомах генетическая информация поступает к ребенку одновременно от отца и матери.
Общие свойства клеток и их различияОсновные положения: В основе всего многообразия живых организмов лежит одна основная структурная единица: клетка. Основное положение биологии, утвердившееся с момента разработки клеточной теории в XIX веке, состоит в том, что каждая клетка образуется в результате деления предсуществующей. Простейшие представляют собой одноклеточные организмы: их клетка сама по себе является самостоятельной биологической единицей, способной к воспроизведению многих себе подобных копий. Для того чтобы выжить, одноклеточные организмы могут приспосабливаться к самым различным типам окружающей среды, от крайне низких до крайне высоких температур, могут существовать в аэробных или анаэробных условиях, или даже в атмосфере метана. Некоторые из них живут в других организмах. Клетки также могут образовывать многоклеточные организмы. В этом случае различные клетки специализируются для выполнения различных функций. В многоклеточном организме клетки взаимодействуют друг с другом, тем самым обеспечивая его функционирование как целого. Многоклеточные организмы обладают способностью к размножению, однако их индивидуальные клетки могут проявлять или не проявлять такую способность. Клетки организма, для которых размножение обычно нехарактерно, могут приобрести способность к неограниченному делению, что может послужить причиной развития рака. Размеры и форма клеток сильно варьируют, что иллюстрирует рисунок ниже. Самые мелкие клетки представлены одноклеточными организмами, которые имеют сферическую форму с диаметром, не превышающим 0,2 мкм. К числу одной из наиболее крупных клеток относится нейрон (нервная клетка) гигантского кальмара, диаметр которого в 5000 раз больше и составляет 1 мм. От тела нейрона отходят отростки (аксоны) диаметром 20 мкм (в 100 раз больше, чем размеры мельчайшей клетки), которые в длину могут достигать 10 см! Клетки человека и других млекопитающих по величине занимают среднее положение, и обычно их диаметр составляет 3—20 мкм. Клетки могут не очень сильно различаться по форме. Так, клетки сферической формы обычно существуют в жидкой среде. Иногда они могут обладать более определенной формой, как, например, нейрон, с характерными длинными отростками, или клетки эпителия, которые имеют выраженную апикальную и базолатеральную поверхности, выполняющие различные функции. Клетка может свободно существовать в жидкой среде либо быть прикрепленной к поверхности или к другим клеткам. Клетки могут взаимодействовать друг с другом или атаковать другие клетки.
Однако, несмотря на столь различные формы клеток, в основе их строения лежат несколько общих принципов. Клетка ограничена мембраной, состоящей из двойного слоя липидов. На рисунке ниже представлены свойства липидного бислоя. Он являет собой макромолекулярную структуру, состоящую из липидов. Основное свойство липидов заключается в том, что их молекулы являются амфипатичными, т. е. на одном конце молекулы находится гидрофильная «головка», а на другом гидрофобный «хвост». Каждый из слоев липидного бислоя, с одной стороны, содержит множество гидрофильных головок, а с другой стороны, гидрофобные хвосты. В водном окружении гидрофобные хвосты агрегируют, и, таким образом, гидрофобные поверхности каждого слоя могут соединяться, образуя неионный центр, подобно масляной капле на поверхности воды. С каждой стороны липидного бислоя гидрофильные головки обращены в сторону среды, содержащей ионы. Липидный бислой обладает важным свойством текучести. Это позволяет ему сплавляться с другими мембранами, образовывать новые при разделении, и служить в качестве растворителя для белков, которые присутствуют в бислое и мигрируют в его пределах. Липидный бислой в определенной степени пропускает молекулы воды, но непроницаем для ионов, мелких заряженных молекул, а также для всех крупных молекул. В результате различного ионного окружения по обеим сторонам мембраны создается осмотическое давление, под действием которого молекулы воды проходят через мембрану и понижают концентрацию ионов с одной или с другой стороны мембраны, в зависимости от их концентрации. Плазматическая мембрана разграничивает содержимое клетки и внешнюю среду. Для одноклеточных организмов понятие «внешняя среда» означает окружающая среда; для многоклеточных это одновременно окружающая среда и внутреннее окружение, создаваемое другими клетками организма (например, клетками, образующими стенки кровеносных сосудов). Плазматическая мембрана не обладает опорной функцией; фактически она довольно хрупкая и легко повреждается. Поэтому для поддержания целостности клетки обычно плазматическая мембрана должна быть укреплена структурами, которые играют опорную роль и обладают большей эластичностью. Большинство процессов в клетке катализируются ферментами, константы связывания которых с субстратами и другие свойства определяют допустимый, совместимый с жизнедеятельностью уровень изменений содержания различных метаболитов во внутри- и внеклеточной среде. Однако организмы приспособились к различным условиям существования, и у тех из них, которые существуют в экстремальном окружении, присутствуют ферменты, способные функционировать в таких условиях, которые для более «нормальных» организмов оказались бы летальными. Для обеспечения правильной работы всех систем, клетке необходимо регулировать свойства своей внутренней среды. Особый контроль необходим за ионным составом и величиной pH. Непроницаемость мембраны создает необходимость функционирования в ней специальных систем, обеспечивающих прохождение ионов.
Клетка должна усваивать метаболиты из окружающей среды. В первую очередь это источники энергии (являющиеся субстратами метаболических процессов) и небольшие молекулы, которые служат предшественниками компонентов, в дальнейшем образующих более крупные молекулы и структуры. Жирные кислоты используются для синтеза липидов, аминокислоты для синтеза белков, а из нуклеотидов образуются РНК и ДНК Поскольку все клетки должны усваивать метаболиты из окружающей среды, они также должны обладать способностью выводить их. Клетки выводят в окружающую среду различные ионы, небольшие молекулы, и даже белки. Процессы экспорта, и в значительной степени импорта, являются строго специфичными: они должны с высокой селективностью удалять из клетки (или пропускать в нее) необходимые метаболиты. Для выживания и воспроизводства клетка должна получать источники энергии из окружающей среды и использовать эту энергию для синтеза необходимых компонентов. В качестве источника энергии могут служить вещества, захваченные клеткой из внешней среды. Обычно это смесь простых и сложных соединений углерода. В качестве источника энергии клетка может использовать свет. Способы расходования энергии для разных типов клеток различны. Поскольку образование новых клеток предполагает деление существующих, клетка должна располагать информацией о воспроизведении всех ее компонентов. Эта информация содержится в универсальном типе генетического материала — ДНК, которая кодирует все белки, содержащиеся в клетке. В свою очередь, белки могут собираться в большие структуры или участвовать в метаболических процессах в качестве катализаторов. Аппарат считывания генетического кода во всех клетках включает одни и те же компоненты. Поскольку клетка постоянно испытывает различные воздействия со стороны окружающей среды, для обеспечения ее существования необходимы системы репарации повреждений, возникающих в генетическом материале. Клетки поддерживают свое существование за счет процесса деления. Специальный механизм предназначен для обеспечения способности к делению, при котором образуются две дочерних клетки, каждая из которых идентична родительской по содержанию генетического материала и также содержит примерно половину других структур (за некоторыми исключениями, В процессе дифференцировки образуются различные специализированные клетки, включая терминально дифференцированные). На представлены минимальные условия, необходимые для образования клетки. Резюмируя, мембрана отделяет внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, и многие основные пути взаимодействия клеток с окружением определяются ее свойствами. Для формирования клетки необходим источник энергии, которая используется при создании более сложных компонентов из небольших метаболитов. Генетический материал содержит информацию, необходимую для воспроизведения всех характерных особенностей той или иной клетки, и все клетки обладают системами, позволяющими эту информацию использовать.
— Также рекомендуем «Клетка как первоисточник жизни и самовоспроизводящаяся структура» Оглавление темы «Строение клеток»:
|
Вспомните:
1. Вопрос
Что общего в строении всех живых организмов?
Ответ:
Общим в строении всех живых организмов является клетка — элементарная биологическая единица, структурно — функциональная основа всего живого. Клетка осуществляет самостоятельный обмен веществ, способна к делению (воспроизводству) и саморегуляции. Каждая клетка является микроносителем жизни, поскольку в ней заключена такая генетическая информация, которая достаточна для воспроизведения всего организма.
2. Вопрос
Чем животные клетки отличаются от растительных?
Ответ:
Особенность строения растительной клетки:
— есть пластиды;
— присутствует прочная целлюлозная оболочка;
— автотрофный тип питания, запасной углевод — крахмал;
— синтез макроэргических соединений, который происходит в хлоропластах и митохондриях;
— наличие крупных вакуолей;
— ядерный центр присутствует только у низших растений;
— минеральные соли находятся в виде кристаллов (включений).
Особенность строения животной клетки:
— пластиды отсутствуют;
— непрочная клеточная оболочка, которая называется гликокаликсом;
— гетеротрофный тип питания, запасной углевод — гликоген;
— синтез макроэргических соединений (атф) осуществляется исключительно в митохондриях;
— вакуоли только мелкие, крупные отсутствуют;
— ядерный центр есть у всех эукариот;
— минеральные соли растворены в цитоплазме.
1. Вопрос
Назовите основные части клетки и объясните их назначение.
Ответ:
Основные части клетки: цитоплазма и ядро.
Важнейшая роль бесцветной полужидкой цитоплазмы — объединение всех клеточных структур (компонентов) и обеспечение их химического взаимодействия. Она выполняет и другие функции, в частности, поддерживает тургор клетки.
В ядре содержатся одно или несколько ядрышек, которые, в свою очередь, синтезируют белок и структуры рнк, так же в ядре находятся хромосомы. Они содержат гены, определяющие наследственность организма
2. Вопрос
Какую функцию выполняют клеточные органоиды? Заполните таблицу в рабочей тетради.
3. Вопрос
Из каких основных веществ состоит клетка?
Ответ:
Клетка состоит из неорганических и органических веществ.
Неорганические вещества — это вода и минеральные соли. Особенностью клеток живых организмов является наличие органических веществ. Наиболее важные из них — белки, жиры, углеводы и нуклеиновые, кислоты (дезоксирибонуклеиновая кислота — днк и рибонуклеиновая кислота — рнк). Белки, жиры и углеводы — основной строительный материал цитоплазмы, ядра и органоидов.
4. Вопрос
Может ли клетка функционировать без воды? Ответ объясните.
Ответ:
Основное содержимое клетки это цитоплазма с органоидами. Основное вещество цитоплазмы — вода. Многие вещества цитоплазмы: минеральные соли, глюкоза, аминокислоты образуют истинный раствор, белки — коллоидный. Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включения и органоиды.
Если клетку лишить воды, то цитоплазма перестанет существовать, что приведет к гибели клетки.
5*. Вопрос
Прочитайте в приложении текст «о ферментах*. Выполните описанные там опыты и объясните, почему вареный картофельный клубень не способен разложить пероксид водорода. Ответьте на вопрос: стоит ли кипятить белье в мыльном порошке, содержащем ферменты? Поясните ответ.
Ответ:
Вареный клубень картофеля не способен разложить пероксид водорода потому, что фермент каталаза, разлагающий пероксид водорода — это белок, который при кипячении утрачивает свою силу вследствии денатурации.
Ферменты — это белки, которые при высокой температуре подвергаются процессу денатурации — разрушения, и теряют свою эффективность. На пачках мыльного стирального порошка содержащего специальные вещества — ферменты расщепляющие жиры и очищающие ткань от жирных загрязнений, всегда указана температура воды для стирки.
6*. Вопрос
Какими свойствами обладает клетка? Из каких процессов складывается происходящий в ней обмен веществ? В чем проявляется возбудимость клетки?
Ответ:
К общим свойствам клеток организма, поддающимся объективной регистрации и обуславливающим их функции, относят:
— раздражимость — способность клетки отвечать на раздражитель физической, химической или электрической природы;
— возбудимость — способность клетки отвечать реакцией возбуждения на действие раздражителя;
— проводимость — волна возбуждения, распространяющаяся по клеточной поверхности от места действия раздражителя;
— сократимость — укорочение клетки в ответ на раздражение;
— поглощение и усвоение — способность клетки поглощать и использовать питательные вещества с ее поверхности;
— секрецию — способность клетки синтезировать новые вещества и выделять их для использования другими клетками организма;
— экскрецию — способность клетки выделять через свою поверхность конечные продукты метаболизма — чужеродные вещества, остатки клеточных органелл;
— дыхание — способность окислять пищевые вещества, высвобождая из них энергию,
Рост — увеличение массы;
— размножение — воспроизводство подобных клеток.
Обмен веществ между клеткой и внешней средой происходит через кровь и идет постоянно. Кровь приносит к клетке различные питательные вещества, кислород. Из этих питательных веществ образуются более сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы) — клетка растет, а затем делится (размножается). Энергия, освободившаяся в результате биологического окисления органических веществ, идет на синтез молекул атф, а затем используется по мере надобности. Продукты распада и окисления органических веществ — более простые органические и неорганические соединения (вода, углекислый газ, мочевина и др.) — выводятся из клетки, а затем из организма.
Клетка обладает возбудимостью, т. е. Способностью реагировать на различные раздражители деятельностью, определенной наследственностью. При возбуждении мышечные клетки сокращаются, железистые клетки выделяют различные жидкости, например пот, слюну или желудочный сок, нервные клетки вырабатывают нервные импульсы — электрохимические сигналы, регулирующие работу органов.
7. Вопрос
Какую роль выполняют молекулы атф?
Ответ:
При расщеплении молекулы атф выделяется энергия необходимая для осуществления жизненных функций в клетке. Синтез атф осуществляется главным образом в митохондриях (животная клетка) и хлоропластах (растительная клетка). Образовавшаяся атф направляется в те участки клетки, где возникает потребность в энергии. Атф — это главный универсальный поставщик энергии в клетках всех живых организмов.
8. Вопрос
Как происходит деление клетки?
Ответ:
Деление клетки начинается с расхождения центриолей — двух особых телец клеточного центра к разным полюсам клетки. От каждой из них отходят нити веретена деления. Хромосомы скручиваются в спираль. Ядерная оболочка исчезает, и хромосомы оказываются в цитоплазме, выстраиваясь у экватора. К парным хромосомам подходят нити веретена деления, соединяя каждую хромосому пары со своей центриолью. Когда хромосомы начинают расходиться, каждая из них направляется к своей центриоли. В образующихся при этом дочерних клетках оказывается по 46 хромосом, причем каждая дочерняя клетка получает одинаковые молекулы днк, а следовательно, и одинаковые гены. После расхождения хромосомы раскручиваются. Наряду с расхождением хромосом происходит деление органоидов цитоплазмы и синтез новых структур. В результате образуется ядерная оболочка в каждой из дочерних клеток, цитоплазма перешнуровывается, и вокруг каждой из только что образованных клеток возникает клеточная мембрана. Каждая образовавшаяся клетка растет и развивается.
9. Вопрос
Чем отличается рост от развития?
Ответ:
Рост клетки — это увеличение ее размеров и массы;
Развитие клетки — это процесс ее созревания, в результате которого клетка специализируется, становится способной совершать свойственную ей работу (функцию): сокращаться, выделять сок и др.