Уровни организации живого, органического мира

На всех уровнях проявляются основные закономерности ( см.выше), но каждый уровень имеет свои качественные особенности, свою упорядоченность. Также различно для каждого уровня будет понятие среды. Для молекулярного и надмолекулярного уровней окружающей средой будет внутренняя среда клетки, для клеток и тканей – внутренняя среда организма. Для организмов среду составляют такие же организмы и внешняя среда, т.е. объекты неживой природы. Существование жизни на высшем уровне определяется структурой низшего уровня. Следует отметить частичное сходство на низших уровнях и все более возрастающее различие на высших. Даже на клеточном уровне обнаруживается изменчивость всех живых организмов – всего лишь 5 тканей входит в состав органов животных, однако на организменном уровне обнаруживается трудновообразимое многообразие форм.

Вопросы для самоподготовки:

1. Дать определение понятию «жизнь».

2. Объяснить отличие обмена веществ у живых организмов от обменных процессов, протекающих в неживой природе.

3. Дать определение понятию «субстрат жизни».

4. Перечислить и обосновать закономерности, характеризующие жизнь.

5. Доказать, почему клетки, ткани и органы в сумме ещё не представляют собой целостный организм.

6. Назвать и охарактеризовать уровни организации живой материи.

Лекция 2

КЛЕТКА.

План лекции:

1. ИСТОРИЯ УЧЕНИЯ О КЛЕТКЕ.

2. СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ.

3. СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЦИТОПЛАЗМЫ.

4. СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЯДРА.

5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ.

Главной структурной единицей всех живых тканей является клетка. Предпосылкой открытия клетки было изобретение микроскопа.

В 1665 г. английский физик Роберт Гук, рассматривая срез пробки, обнаружил ячейки, которые напоминали пчелиные соты – он назвал их (celula) – клетка. Точно такое же строение он обнаружил у камыша, бузины.

В XVII веке появились работы итальянца Мальпиги, англичанина Грю, посвящённые изучению клетки. Голландец Левенгук впервые обнаружил в воде одноклеточные водоросли. Во II половине XIX века чех Ян Пуркинье обнаружил, что клетка заполнена полужидким содержимым. Он назвал его протоплазмой ( protos – первый, plasma – образование).

В 1831 г. англичанин Роберт Броун обнаружил ядро, а немецкий ботаник Шлейден к тридцатым годам XIX века сделал заключение, что в любой растительной клетке имеется ядро.

В 1839 г. немецкий зоолог Шванн опубликовал труд под названием «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Именно Шванн является основоположником клеточной теории. Вот её основные положения:

Большинство живых организмов состоит из одной или нескольких клеток, клетка является главной структурной единицей всех живых организмов.

Размножение клеток происходит из одной клетки, процесс образования клеток обеспечивает рост и развитие тканей.

Несмотря на огромное разнообразие внешнего строения, сходство внутреннего строения свидетельствует о родстве различных форм жизни.

Большой вклад в развитие клеточной теории внес немецкий ученый Р. Вирхов. Положение Вирхова «Omnis cellula e cellula» - каждая клетка из клетки – блестящее подтверждение дальнейшего развития биологии. В настоящее время неизвестны иные способы появления новых клеток, кроме деления. Однако возможно, что на заре развития жизни клетки образовывались из неклеточных структур.

Положение Вирхова о том, что вне клетки нет жизни, не потеряло своего значения и сейчас. Примитивные организмы – вирусы приобретают способность к жизнедеятельности, лишь проникнув в клетку.

Наука о клетке – цитология – тесно связана с изобретением микроскопа. Первые микроскопы давали увеличение в 200 – 300 раз, сейчас – 2000 – 3000 раз, электронный микроскоп увеличивает в 10000 и 100000 раз. Именно электронная микроскопия позволила выявить особенности строения мышечных клеток у спортсменов и изменения в них в процессе занятий спортом.

В настоящее время разработаны новые методы изучения клеток. Метод последовательного центрифугирования позволяет изучить химический состав различных частей клеток. Метод меченых атомов – проследить за последовательностью химических реакций, определить время их действия. Метод микрохирургии – оперировать на клетке, пересаживать ядро, органоиды.

Итак, под клеткой понимают элементарную живую систему, которая является основой строения, развития и жизнедеятельности растений и животных.

В клетке происходят все основные процессы жизни – обмен веществ и превращения энергии, питание, выделение, рост и размножение. Некоторые клетки обладают способностью реагировать на раздражение изменением своего состояния или сокращением. Клетки различны по внешнему виду в зависимости от условий существования и функции. Они могут быть круглыми – кровяные тельца, звёздчатыми – нервные клетки, нитевидными – мышцы. Некоторые так малы (кровяные тельца), что в 1 см² их можно уложить до 3 тысяч, а другие достигают нескольких сантиметров – мышечные клетки. Несмотря на внешнее различие, строение клетки имеет сходные черты:

каждая клетка окружена мембраной;

каждая заполнена цитоплазмой;

каждая имеет одно или несколько ядер;

каждая имеет внутриклеточные органоиды и включения.

Клеточная мембрана – под электронным микроскопом видно, что содержимое клетки отделено от окружающей среды тонкой мембраной, имеющей 3 слоя – внешний и внутренний – белковый, средний – жировой. Мембрана клетки пронизана мельчайшими отверстиями – порами.

Функции мембраны:

она защищает клетки от повреждений и вредных влияний внешней среды;

она полупроницаема, обеспечивает поступление воды и определенных химических веществ (рецепторы);

через неё выделяются все отходы жизнедеятельности клетки;

ферменты мембран определяют последовательность химических реакций.

Клетки присоединяются друг к другу наружными мембранами. На мембранах мышечных волокон имеются выросты, которые прочно соединяют клетки между собой.

Цитоплазма представляет собой полужидкую (коллоидную) систему. В состав её входит вода, соли и другие органические вещества (белки), органоиды. Различают органоиды общего и специфического назначения. Общего – эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы и клеточный центр. Специфические: в мышечных волокнах – миофибриллы, обеспечивающие сокращение, в нервных волокнах – нейрофибриллы, обеспечивающие передачу возбуждения.

Эндоплазматическая сеть – пронизывает цитоплазму. Это система тонких трубочек, которые связывают между собой все части клетки. Каждому виду клетки свойственна определенная архитектура сети. Она может быть шероховатой – густо окруженной округлыми тельцами – рибосомами (их много тысяч), которые участвуют в образовании белковых молекул из аминокислот. Их называют белковыми фабриками клетки. В каждой клетке рибосомы синтезируют специфический белок. В частности, в мышечной клетке – мышечный белок (миозин). Гладкая эндоплазматическая сеть не имеет рибосом. В ней образуются жиры и углеводы. Эндоплазматическая сеть обеспечивает внутриклеточный обмен и обмен между клетками.

Для образования белков, жиров, углеводов, а также для других процессов жизнедеятельности клетки требуется энергия, которая обеспечивается другими органоидами клетки – митохондриями. Они имеют вид палочек, зерен, нитей. Их количество в клетке неодинаково. Существуют «быстрые» и «медленные» мышечные волокна. В «медленных» мышечных волокнах митохондрий больше, чем в «быстрых».

В митохондриях происходит образование АТФ за счёт окислительных процессов (ферменты). АТФ является универсальным источником энергии.

Комплекс Гольджи – это упаковочный цех клетки, где в крупных и мелких пузырьках, цистернах скапливаются белки, жиры, углеводы. Эти вещества используются в ходе жизнедеятельности клетки или выводятся из неё.

Липосомы – органоиды, осуществляющие пищеварение в клетке.

Клеточный центр – играет роль при делении клеток.

Ядро – является обязательным компонентом большинства клеток, их может быть одно или несколько. Клетки, не имеющие ядра, не делятся (эритроциты). Ядро – обычно шаровидной формы, занимает 1/5 объема клетки. Оно имеет оболочку, через которую осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Внутри его – ядерный сок, хроматин, ядрышки.

Хроматин – вещество, состоящее из белков и ДНК. Когда клетка начинает делиться – хроматин оформляется в хромосомы, имеющие вид изогнутых палочек. В молекулах ДНК хромосом записана особым химическим языком – генетическим кодом – наследственная информация. У каждого организма строго определенный набор хромосом. У человека – 46, у картофеля и у козы – 60. Строго характерны их вид, расположение, величина.

Ядрышки – их может быть несколько в ядре. Они исчезают, когда наступает деление клетки, если их убрать – деление клетки не наступает. Считается, что ядрышки участвуют в образовании РНК, входят в состав рибосом.

Химический состав клетки – неорганические вещества:

вода – 80 – 85 % - растворитель, теплообмен, смазка.

минеральные соли + катионы (К, Мg, Са), – анионы (хлориды, бикарбонаты, фосфаты).

железо – HB, фосфор – хромосомы, сера – белок.

Органические вещества:

Белки

белки – построенные по принципу полимеров – их цепь состоит из мономеров (А) - А-А-А-А. А – аминокислота.

белки обладают видовой специфичностью, ткань одного животного не приживается у животного другого вида.

белки входят в состав ферментов.

белки входят в состав гормонов.

белки являются основой мышц (актин, миозин)

белки обеспечивают процессы роста, образования новых клеток.

белки обеспечивают дыхание (гемоглобин, миоглобин)

Углеводы – состоят из углерода, кислорода и водорода.

Простые – моносахара (глюкоза), сложные (крахмал). Углеводы обеспечивают клетку энергией. Так при мышечной работе в качестве источника энергии используется гликоген печени. Под влиянием тренировок содержание гликогена в печени увеличивается на 50 % и более.

Жиры и липоиды – играют роль в образовании клеточных оболочек, мембран клеток и её структурных элементов.

Нуклеиновые кислоты. ДНК и РНК состоят из углерода, кислорода, азота, водорода, фосфора.

ДНК – в хромосомах клеточного ядра.

РНК – в ядре и цитоплазме.

ДНК – молекула напоминает веревочную лестницу, свернутую в спираль – носитель наследственной информации.

РНК – одинарная спираль. Функции её:

рибосомная,

информационная,

транспортная.

Вопросы для самоподготовки:

1. Этапы развития цитологии, методы изучения клетки.

2. Дать определение понятию «клетка».

3. Раскрыть основные положения клеточной теории.

4. Описать строение и функции общих органоидов клеток.

5. Перечислить специфические органоиды клетки, их роль.

6. Назвать неорганические компоненты клетки, объяснить их роль.

Лекция 3.