Главная часть клетки цитоплазма. Основные части клетки

Несмотря на огромное разнообразие растительных и животных клеток, все они состоят из цитоплазмы и ядра, заключенных в оболочку.

Цитоплазма и ядро неразрывно связаны между собой и представляют единую живую систему.

Плазматическая оболочка (мембрана) отделяет содержимое одной клетки от другой или от внешней среды. Клеточная оболочка полупроницаема, через нее в клетку легко поступают вода и растворенные в ней вещества и задерживаются крупные нерастворимые частицы.

Основную часть клетки занимает цитоплазма. Это полужидкая коллоидная масса, состоящая из тончайших нитей, мембран и зерен. В ней расположены ядро и все органоиды клетки, а также различные включения. Органоиды растительной клетки - митохондрии , рибосомы и пластиды принадлежат к числу постоянных элементов клетки. Включения представляют собой или запасные вещества, или продукты жизнедеятельности клетки: капли жира, гранулы белка, витамины, различные пигменты, вакуоли.

Химический состав цитоплазмы очень сложный. В ней содержатся растворенные минеральные и основные органические вещества. Важнейшее значение среди них имеют белки. Молекула белка состоит из нескольких десятков и даже сотен аминокислот, которые располагаются в линейном порядке, последовательно одна за другой, образуя так называемую первичную структуру белка. Сами белковые молекулы лежат не в одной плоскости, а находятся в трехмерном пространстве, образуя вторичную и третичную структуры белка.

Значение белков в жизнедеятельности клетки и ее цитоплазмы огромно. Они являются основным строительным материалом всех органов и тканей растений и входят в состав большинства биокатализаторов клетки: ферментов, витаминов и гормонов, при помощи которых в организме осуществляются многочисленные реакции обмена веществ.

При помощи электронного микроскопа было установлено, что цитоплазма представляет собой развитую систему коротких и длинных, узких и широких, замкнутых и незамкнутых внутренних мембран и канальцев. На них имеются многочисленные гранулы, благодаря чему их поверхность кажется мелкозернистой. Эта пронизывающая всю цитоплазму система сообщающихся между собой мембран и канальцев с гранулами на наружной поверхности получила название эндоплазматической сети .

Связана с ядром клетки, со всеми ее органоидами и оболочкой. Она представляет собой единую регуляторную систему клетки, через которую осуществляются все многочисленные процессы обмена веществ. Благодаря огромным поверхностям мембран эндоплазматической сети в небольшом объеме клетки могут одновременно протекать в определенной последовательности многие химические реакции.

На наружной поверхности эндоплазматических мембран расположены рибонуклеиновые гранулы - рибосомы. Размеры рибосом очень небольшие, всего от 0,025 до 0,035 мкм, поэтому видеть их можно только в электронный микроскоп. Химический состав рибосом почти у всех организмов одинаков. Они состоят наполовину из белка и наполовину из РНК.

Рибосомы представляют собой своеобразные «фабрики» белка, синтезируемого из аминокислот. Образующиеся в рибосомах белковые молекулы направляются в каналы эндоплазматической сети, а оттуда - во все органоиды цитоплазмы и ядро клетки. Рибосомы работают очень высокопроизводительно, за 1 ч они производят белок в количестве, большем их собственной массы.

В цитоплазме всех клеток в обычный световой микроскоп видны палочковидные, зернистые или нитчатые образования - митохондрии. Длина их 0,5-7 мкм, ширина от 0,5 до 1 мкм. В каждой клетке содержится 2-2,5 тыс. митохондрий.

Снаружи митохондрия покрыта двойной оболочкой, состоящей из наружной и внутренней мембран. Внутри митохондрии заполнены жидким содержимым - матриксом.

Митохондрии - это своеобразные «силовые станции» клетки, где вырабатывается энергия, необходимая для поддержания всех процессов жизнедеятельности организма: роста, передвижения веществ, осмотических процессов и т. д.

В биохимических системах на поверхности митохондрий при окислении органических веществ (углеводов, аминокислот и некоторых жирных кислот) выделяющаяся энергия превращается в энергию химических связей между кислородом и фосфором молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в результате так называемого процесса фосфорилирования. АТФ представляет собой своеобразный биоаккумулятор энергии. При разрыве химических связей между фосфором и кислородом энергия освобождается и АТФ переходит в более устойчивое и менее богатое энергией соединение - АДФ (аденозиндифосфорную кислоту).

АТФ - единый и универсальный источник энергии для всех внутриклеточных процессов. При этом энергия в форме АТФ генерируется в «удобной расфасовке». По каналам эндоплазматической сети она направляется в те части клетки, где в данный момент необходима.

Эти процессы происходят с участием многочисленных ферментов. Работа клеточных ферментов, обусловливающих одновременное протекание сотен различных химических реакций, отличается исключительной упорядоченностью. Они включаются всегда в нужный момент, поэтому последовательность реакций не нарушается.

Ядра клеток очень разнообразны по форме и размерам. Форма их в большинстве случаев связана с формой клетки, но иногда отличается от нее. Чаще всего ядро имеет округлую или овальную форму.

По размеру клеточные ядра невелики: у большинства высших растений их диаметр не превышает 10-30 мкм. Форма и величина ядра могут изменяться с возрастом клеток, а также в соответствии с их физиологическим и функциональным состоянием и условиями внешней среды. Размеры ядер находятся в постоянной зависимости от размеров клеток. Для каждого типа клеток существует постоянное ядерно-плазменное отношение (Я:П), с изменением которого клетка либо делится, либо погибает. Ядро обычно занимает около 1/2 объема клетки и отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой - мембраной. В ней имеются отверстия - поры, через которые происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой.

Ядру принадлежит ведущая роль в явлениях наследственности и регулирования всех основных процессов жизнедеятельности клетки.

Ядро может находиться в двух состояниях: в фазе деления или в фазе покоя, которая называется интерфазой (фазой между делениями) или фазой покоящегося ядра . Однако исследования показали, что в фазе покоящегося ядра наиболее интенсивно идут многочисленные биохимические процессы, поэтому такое название очень условно.

На фиксированных и окрашенных препаратах в ядре легко различаются следующие структуры: ядерная оболочка, окружающая содержимое ядра, ядерный сок (кариолимфа), разбросанные в нем глыбки хроматина и 1-2 ядрышка.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Лабораторное занятие 1.

Устройство микроскопа и правила работы с ним. Строение растительной клетки.

Цель: Познакомиться с устройством микроскопа и правилами работы с ним. Познакомиться со строением растительной клетки.

Какие системы входят в состав микроскопа?

Микроскоп - это оптический прибор, позволяющий получить обратное изображение изучаемого объекта и рассмотреть мелкие детали его строения, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза.

Разрешающая способность микроскопа дает раздельное изображение двух близких друг другу линий. Невооруженный человеческий глаз имеет разрешающую способность около 1/10 мм или 100 мкм. Лучший световой микроскоп примерно в 500 раз улучшает возможность человеческого глаза, т. е. его разрешающая способность составляет около 0,2 мкм или 200 нм.

Разрешающая способность и увеличение не одно и тоже. Можно получить большое увеличение, но не улучшить его разрешение.

Различают полезное и неполезное увеличения. Под полезным понимают такое увеличение наблюдаемого объекта, при котором можно выявить новые детали его строения. Неполезное - это увеличение, при котором, увеличивая объект в сотни и более раз, нельзя обнаружить новых деталей строения.

В учебных лабораториях обычно используют световые микроскопы, на которых микропрепараты рассматриваются с использованием естественного или искусственного света. Наиболее распространены световые биологические микроскопы: БИОЛАМ, МИКМЕД, МБР, МБИ и МБС. Они дают увеличение в пределах от 56 до 1350 раз.

Стереомикроскоп (МБС) (рис. 2)обеспечивает подлинно объемное восприятие микрообъекта и увеличивает от 3,5 до 88 раз. В микроскопе выделяют две системы: оптическую и механическую (рис. 1). К оптической системе относят объективы, окуляры и осветительную систему (конденсор с диафрагмой и светофильтром, зеркало или электроосветитель).

1- зеркало, 2- конденсор, 3- ирисовая диафрагма, 4- съемный светофильтр, 5- объектив, 6- окуляр, 7- подставка, 8- коробка с микрометренным механизмом, 9- предметный столик, 10 револьвер, 11 кронштейн конденсора, 12-икрометренный винт, 13-тубусодержатель, 14- винт грубой наводки, 15-тубус, 16 - рукоятка конденсора

Объектив - определяет полезное увеличение объекта. Объектив состоит из нескольких линз. Увеличение объектива обозначено на нем цифрами.

В учебных целях используют обычно объективы х8 и х40.

Окуляр состоит из 2-3 линз. Увеличение окуляров обозначено на них цифрами: х7, х10, х15.

Окуляры не выявляют новых деталей строения и в этом отношении их увеличение бесполезно.

Для определения общего увеличения микроскопа следует умножить увеличение объектива на увеличение окуляра. В случае использования бинокулярной или тринокулярной насадки, в данное уравнение нужно добавить собственное увеличение насадки. Для бинокулярной насадки АУ-12 ЛОМО, увеличение которой составляет 1,5Х. В таких насадках как АУ-26 или МФН-11 увеличение можно менять, собственное сменное увеличение насадки АУ-26 -- 1,1x; 1,6x и 2,5x

Осветительное устройство состоит из зеркала или электроосветителя, конденсора с ирисовой диафрагмой и светофильтром, расположенных под предметным столиком. Они предназначены для освещения объекта пучком света.

Механическая система микроскопа состоит из подставки, коробки с микрометренным механизмом и микрометренным винтом, тубусодержателя, винта грубой наводки, кронштейна конденсора, винта перемещения конденсора, револьвера, предметного столика.

Каковы основные правила работы с микроскопом?

При работе с микроскопом необходимо соблюдать операции в следующем порядке:

1. Работать с микроскопом следует сидя;

2. Микроскоп осмотреть, вытереть от пыли мягкой салфеткой объективы, окуляр, зеркало;

3. Микроскоп установить перед собой, немного слева на 2-3 см от края стола. Во время работы его не сдвигать;

4. Открыть полностью диафрагму, поднять конденсор в крайнее верхнее положение;

5. Работу с микроскопом всегда начинать с малого увеличения;

6. Опустить объектив 8 х в рабочее положение, т.е. на расстояние 1см от предметного стекла;

7. Глядя одним глазом в окуляр и пользуясь зеркалом с вогнутой стороной, направить свет от окна в объектив, а затем максимально и равномерно осветить поле зрения;

8. Положить микропрепарат на предметный столик так, чтобы изучаемый объект находился под объективом. Глядя сбоку, опускать объектив при помощи макровинта до тех пор, пока расстояние между нижней линзой объектива и микропрепаратом не станет 4-5 мм;

9. Смотреть одним глазом в окуляр и вращать винт грубой наводки на себя, плавно поднимая объектив до положения, при котором хорошо будет видно изображение объекта. Нельзя смотреть в окуляр и опускать объектив. Фронтальная линза может раздавить покровное стекло, и на ней появятся царапины;

10. Передвигая препарат рукой, найти нужное место, расположить его в центре поля зрения микроскопа;

11. Если изображение не появилось, то надо повторить все операции пунктов 6, 7, 8, 9;

12. Для изучения объекта при большом увеличении сначала нужно поставить выбранный участок в центр поля зрения микроскопа при малом увеличении. Затем поменять объектив на 40 х, поворачивая револьвер, так чтобы он занял рабочее положение. При помощи микрометренного винта добиться хорошего изображения объекта. На коробке микрометренного механизма имеются две риски, а на микрометренном винте - точка, которая должна все время находится между рисками. Если она выходит за их пределы, ее необходимо возвратить в нормальное положение. При несоблюдении этого правила, микрометренный винт может перестать действовать;

13. По окончании работы с большим увеличением, установить малое увеличение, поднять объектив, снять с рабочего столика препарат, протереть чистой салфеткой все части микроскопа, накрыть его полиэтиленовым пакетом и поставить в шкаф.

3. Какие основные операции нужно проделать, чтобы привести микроскоп в рабочее состояние?

а) установить объектив малого увеличения на расстоянии 1-1,5 см от предметного столика;

б) поднять конденсор до предела;

в) смотря в окуляр одним глазом, не закрывая другого, равномерно и интенсивно осветить зеркалом поле зрения.

4. Основные части растительной клетки, их характеристика.

В живой растительной клетке основное вещество находится в постоянном движении. В движение, называемое током цитоплазмы илициклозом, вовлекается органеллы. Циклоз облегчает передвижение веществ в клетке и обмен ими между клеткой и окружающей средой.

Плазматическая мембрана. Представляет собой бислойную фосфолипидную структуру. Для растительных клеток свойственны впячивания плазматической мембраны.

Плазматическая мембрана выполняет следующие функции:

Участвует в обмене веществ между клеткой и окружающей средой;

Координирует синтез и сборку целлюлозных микрофибрилл клеточной стенки;

Передает гормональные и внешние сигналы, контролирующие рост и дифференцировку клеток.

Ядро. Это наиболее заметная структура в цитоплазме эукариотической клетки. Ядро выполняет две важные функции:

Контролирует жизнедеятельность клетки, определяя, какие белки, и в какое время должны синтезироваться;

Хранит генетическую информацию и передает её дочерним клеткам в процессе клеточного деления.

Ядро эукариотической клетки окружено двумя элементарными мембранами, образующиеядерную оболочку. Она пронизана многочисленными порами диаметром от 30 до 100 нм, видимыми только в электронный микроскоп. Поры имеют сложную структуру. Наружная мембрана ядерной оболочки в некоторых местах объединяется с эндоплазматическим ретикулумом. Ядерную оболочку можно рассматривать как специализированную, локально дифференцированную часть эндоплазматического ретикулума (ЭР).

Митохондрии. Как и хлоропласты, митохондрии окружены двумя элементарными мембранами. Внутренняя мембрана образует множество складок и выступов –крист, которые значительно увеличивают внутреннюю поверхность митохондрии.Они значительно меньше, чем пластиды, имеют около 0,5 мкм в диаметре и разнообразны по длине и форме.

В митохондриях осуществляется процесс дыхания, в результате которого органические молекулы расщепляются с высвобождением энергии и передачей её молекулам АТФ, основного резерва энергии всех эукариотических клеток.

Митохондрии, как и пластиды, являются полуавтономными органеллами, содержащими компонентами, необходимые для синтеза собственных белков. Внутренняя мембрана окружает жидкий матрикс, в котором находятся белки, РНК, ДНК, рибосомы, сходные с бактериальными и различные растворенные вещества. ДНК существует в виде кольцевых молекул, располагающихся в одном или нескольких нуклеоидах.

Микротельца. В отличие от пластид и митохондрий, которые отграничены двумя мембранами,микротельца представляют собой сферические органеллы, окруженные одной мембраной. Микротельца имеют гранулярное (зернистое) содержимое, иногда в них встречаются и кристаллические белковые включения. Микротельца связаны с одним или двумя участками эндоплазматического ретикулума.

Некоторые микротельца, называемыепроксисомами, играют важную роль в метаболизме гликолевой кислоты, имеющем непосредственное отношение к фотодыханию. В зеленых листьях они связаны с митохондриями и хлоропластами. Другие микротельца, называемые,глиоксисомами, содержат ферменты, необходимые для превращения жиров в углеводы. Это происходит во многих семенах во время прорастания.

Вакуоли – это отграниченные мембраной участки клетки, заполненные жидкостью –клеточным соком. Они окруженытонопластом (вакуолярной мембраной).

Молодая растительная клетка содержит многочисленные мелкие вакуоли, которые по мере старения клетки сливаются в одну большую. В зрелой клетке вакуолью может быть занято до 90% её объема. При этом цитоплазма прижата в виде тонкого периферического слоя к клеточной оболочке. Увеличение размера клетки в основном происходит за счет роста вакуоли. В результате этого возникает тургорное давление и поддерживается упругость ткани. В этом заключается одна из основных функций вакуоли и тонопласта.

Основной компонент сока – вода, остальные варьируют в зависимости от типа растения и его физиологического состояния. Вакуоли содержат соли, сахара, реже белки. Тонопласт играет активную роль в транспорте и накоплении в вакуоли некоторых ионов. Концентрация ионов в клеточном соке может значительно превышать ее концентрацию в окружающей среде. При высоком содержании некоторых веществ в вакуолях образуются кристаллы. Чаще всего встречаются кристаллы оксалата кальция, имеющие различную форму.

Вакуоли – места накопления продуктов обмена веществ (метаболизма). Это могут быть белки, кислоты и даже ядовитые для человека вещества (алкалоиды). Часто откладываются пигменты. Голубой, фиолетовый, пурпурный, темно-красный, пунцовый придают растительным клеткам пигменты из группы антоцианов. В отличие от других пигментов они хорошо растворяются в воде и содержатся в клеточном соке. Они определяют красную и голубую окраску многих овощей (редис, турнепс, капуста), фруктов (виноград, сливы, вишни), цветов (васильки, герани, дельфиниумы, розы, пионы). Иногда эти пигменты маскируют в листьях хлорофилл, например, у декоративного красного клена. Антоцианы окрашивают осенние листья в ярко-красный цвет. Они образуются в холодную солнечную погоду, когда в листьях прекращается синтез хлорофилла. В листьях, когда антоцианы не образуются, после разрушения хлорофилла заметными становятся желто-оранжевые каротиноиды хлоропластов. Наиболее ярко окрашены листья холодной ясной осенью.

Вакуоли участвуют в разрушении макромолекул, в круговороте их компонентов в клетке. Рибосомы, митохондрии, пластиды, попадая в вакуоли, разрушаются. По этой переваривающей активности их можно сравнить слизосомами – органеллами животных клеток.

Вакуоли образуются из эндоплазматической сети (ретикулума)

Рибосомы. Маленькие частицы (17 – 23нм), состоящие примерно из равного количества белка и РНК. В рибосомах аминокислоты соединяются с образованием белков. Их больше в клетках с активным обменом веществ. Рибосомы располагаются в цитоплазме клетки свободно или же прикрепляются к эндоплазматическому ретикулуму (80S). Их обнаруживают и в ядре (80S), митохондриях (70S), пластидах (70S).

Рибосомы могут образовывать комплекс, на которых происходит одновременный синтез одинаковых полипептидов, информация о которых снимается с одной молекулы и РНК. Такой комплекс называетсяполирибосомами (полисомами). Клетки, синтезирующие белки в больших количествах, имеют обширную систему полисом, которые часто прикрепляются к наружной поверхности оболочки ядра.

Эндоплазматический ретикулум. Это сложная трехмерная мембранная система неопределенной протяженности. В разрезе ЭР выглядит как две элементарные мембраны с узким прозрачным пространством между ними. Форма и протяженность ЭР зависят от типа клетки, ее метаболической активности и стадии дифференцировки. В клетках, секретирующих или запасающих белки, ЭР имеет форму плоских мешочков илицистерн, с многочисленными рибосомами, связанными с его внешней поверхностью. Такой ретикулум называетсяшероховатым эндоплазматическим ретикулумом. Гладкий ЭР обычно имеет трубчатую форму. Шероховатый и гладкий эндоплазматические ретикулумы могут присутствовать в одной и той же клетке. Как правило, между ними имеются много численные связи.

Эндоплазматический ретикулум функционирует как коммуникационная система клетки. Он связан с внешней оболочкой ядра. Фактически эти две структуры образуют единую мембранную систему. Когда ядерная оболочка во время деления клетки разрывается, ее обрывки напоминают фрагменты ЭР. Эндоплазматический ретикулум – это система транспортировки веществ: белков, липидов, углеводов, в разные части клетки. эндоплазматические ретикулумы соседних клеток соединяются через цитоплазматические тяжи –плазмодесмы – которые проходят сквозь клеточные оболочки.

Эндоплазматический ретикулум – основное место синтеза клеточных мембран. В некоторых растительных клетках здесь образуются мембраны вакуолей и микротелец, цистерныдиктиосом.

Микротрубочки обнаружены практически во всех эукариотических клетках. Представляют собой цилиндрические структуры диаметром около 24 нм. Длина их варьирует. Каждая трубочка состоит из субъединиц белка, называемоготубулином. Субъединицы образуют 13 продольных нитей, окружающих центральную полость. Микротрубочки – это динамические структуры, они регулярно разрушаются и образуются на определенных стадиях клеточного цикла. Их сборка происходит в особых местах, которые называются центрами организации микротрубочек. В растительных клетках они имеют слабовыраженную аморфную структуру.

Функции микротрубочек: участвуют в образовании клеточной оболочки; направляют пузырьки диктиосом к формирующейся оболочке, подобно нитям веретена, которые образуются в делящейся клетке; играют определенную роль в формировании клеточной пластинки (первоначальной границы между дочерними клетками). Кроме того, микротрубочки – важный компонент жгутиков и ресничек, в движении которых, играют немаловажную роль.

Микрофиламенты, подобно микротрубочкам, найдены практически во всех эукариотических клетках. Представляют собой длинные нити толщиной 5 – 7 нм, состоящие из сократительного белка актина. Пучки микрофиламентов встречаются во многих клетках высших растений. По-видимому, играют важную роль в токах цитоплазмы. Микрофиламенты вместе с микротрубочками образуют гибкую сеть, называемуюцитоскелетом.

Основное вещество довольно долго считали гомогенным (однородный) богатым белком раствором с малым количеством структур или вообще бесструктурным. Однако в настоящее время, используя высоковольтный электронный микроскоп, было установлено, что основное вещество представляет трехмерную решетку, построенную из тонких (диаметром 3 – 6 нм) тяжей, заполняющих всю клетку. Другие компоненты цитоплазмы, включая микротрубочки и микрофиламенты, подвешены к этоймикротрабекулярной решетке.

Микротрабекулярная структура представляет собой решетку из белковых тяжей, пространство между которыми заполнено водой. Вместе с водой решетка имеет консистенцию геля, гель имеет вид студенистых тел.

К микротрабекулярной решетке прикреплены органеллы. Решетка осуществляет связь между отдельными частями клетки и направляет внутриклеточный транспорт.

Липидные капли – структуры сферической формы, придающие гранулярность цитоплазме растительной клетки под световым микроскопом. На электронных микрофотографиях они выглядят аморфными. Очень похожие, но более мелкие капли встречаются в пластидах.

Липидные капли, принимая за органеллы, называли их сферосомами и считали, что они окружены одно- или двуслойной мембраной. Однако последние данные показывают, что у липидных капель мембран нет, но они могут быть покрыты белком.

Эргастические вещества – это «пассивные продукты» протопласта: запасные вещества или отходы. Они могут появляться и исчезать в разные периоды клеточного цикла. Кроме зерен крахмала, кристаллов, антоциановых пигментов и липидных капель. К ним относятся смолы, камеди, танины и белковые вещества. Эргастические вещества входят в состав клеточной оболочки, основного вещества цитоплазмы и органелл, в том числе вакуолей.

Жгутики и реснички – это тонкие, похожие на волоски структуры, которые отходят от поверхности многих эукариотических клеток. Имеют постоянный диаметр, но длина колеблется от 2 до 150 мкм. Условно более длинные и немногочисленные из них называют жгутиками, а более короткие и многочисленные - ресничками. Четких различий между этими двумя типами структур не существует, поэтому для обозначения обоих используют терминжгутик.

У некоторых водорослей и грибов жгутики являются локомоторными органами, с помощью которых они передвигаются в воде. У растений (например, мхов, печеночников, папоротников, некоторых голосеменных) только половые клетки (гаметы) имеют жгутики.

Каждый жгутик имеет определенную организацию. Наружное кольцо из 9 пар микротрубочек окружает две дополнительные микротрубочки, расположенные в центре жгутика. Содержащие ферменты «ручки» отходят от одной микротрубочки каждой из наружных пар. Это основная схема организации 9 + 2 обнаружена во всех жгутиках эукариотических организмов. Считают, что движение жгутиков основано на скольжении микротрубочек, при этом наружные пары микротрубочек движутся одна вдоль другой без сокращения. Скольжение пар микротрубочек относительно друг друга вызывает локальное изгибание жгутика.

Жгутики «вырастают» из цитоплазматических цилиндрических структур, называемыхбазальными тельцами, образующимися и базальную часть жгутика. Базальные тельца имеют внутреннее строение, напоминающее строение жгутика, за исключением того, что наружные трубочки собраны в тройки, а не в пары, а центральные трубочки отсутствуют.

Плазмодесмы. Это тонкие нити цитоплазмы, которые связывают между собой протопласты соседних клеток. Плазмодесмы либо проходят сквозь клеточную оболочку в любом месте, либо сосредоточены на первичных поровых полях или в мембранах между парами пор. Под электронным микроскопом плазмодесмы выглядят как узкие каналы, выстланные плазматической мембранной. По оси канала из одной клетки в другую тянется цилиндрическая трубочка меньшего размера –десмотрубочка, которая сообщается с эндоплазматическим ретикулумом обеих смежных клеток. Многие плазмодесмы формируются во время клеточного деления, когда трубчатый эндоплазматический ретикулум захватывается развивающейся клеточной пластинкой. Плазмодесмы могут образовываться и в оболочках неделящихся клеток. Эти структуры обеспечивают эффективный перенос некоторых веществ от клетки к клетке.

Деление клеток. У многоклеточных организмов деление клеток наряду с увеличением их размеров является способом роста всего организма. Новые клетки, образовавшиеся во время деления, сходны по структуре и функциям, как с родительской клеткой, так и между собой. Процесс деления у эукариот можно подразделить на две частично перекрывающиеся стадии:митоз ицитокинез.

Митоз – это образование из одного ядра двух дочерних ядер, морфологически и генетически эквивалентных друг другу.Цитокинез – это деление цитоплазматической части клетки с образованием дочерних клеток.

Клеточный цикл. Живая клетка проходи ряд последовательных событий, составляющих клеточный цикл. Продолжительность самого цикла варьирует в зависимости от типа клетки и внешних факторов, например от температуры или обеспеченности питательными веществами. Обычно цикл делится наинтерфазу и четыре фазымитоза.

Интерфаза. Период между последовательными митотическими делениями.

Интерфазу делят на три периода, обозначаемые как G 1 , S, G 2 .

В период G 1 , который начинается после митоза. В этот период увеличивается количество цитоплазмы, включая различные органеллы. Кроме того, согласно современной гипотезе, в период G 1 синтезируются вещества, которые либо стимулируют, либо ингибируют период S и остальную часть цикла, определяя, таким образом, процесс деления.

В период S следует за периодом G 1, в это время происходит удвоение генетического материала (ДНК).

В период G 2, который следует за S, формируются структуры, непосредственно участвующие в митозе, например, компоненты веретена.

Некоторые клетки проходит неограниченный ряд клеточных циклов. Это одноклеточные организмы и некоторые клетки зон активного роста (меристем). Некоторые специализированные клетки после созревания теряет способность к размножению. Третья группа клеток, например образующих раневую ткань (каллус), сохраняет способность делиться только в специальных условиях.

Митоз, или деление ядра. Это непрерывный процесс, подразделяемый на четыре фазы:профазу, метафазу, анафазу, телофазу. В результате митоза генетический материал, удвоившийся в интерфазе, делится поровну между двумя дочерними ядрами.

Одним из самых ранних признаков перехода клетки к делению служит появление узкого, кольцеобразного пояска из микротрубочек непосредственно под плазматической мембраной. Это относительно плотный поясок окружает ядро в экваториальной плоскости будущего митотического веретена. Так как он проявляется перед профазой, его называютпрепрофазным пояском. Он исчезает после митотического веретена, задолго до появления в поздней телофазе клеточной пластинки, которая растет от центра к периферии и сливается с оболочкой материнской клетки в области, ранее занятой препрофазным пояском.

Профаза. В начале профазы хромосомы напоминают длинные нити, разбросанные внутри ядра. Затем, по мере того как нити укорачиваются и утолщаются, можно увидеть, что каждая хромосома состоит не из одной, а из двух переплетенных нитей, называемыххроматидами. В поздней профазе две укороченные спаренные хроматиды каждой хромосомы лежат рядом параллельно, соединённые узким участком, называемымцентромерой. Она имеет определённое положение на каждой хромосоме и делит хромосому на два плеча различной длины.

Микротрубочки располагаются параллельно поверхности ядра вдоль оси веретена. Это само раннее проявление сборки митотического веретена.

К концу профазы ядрышко постепенно теряет чёткие очертания и наконец исчезает. Вскоре после этого распадается и ядерная оболочка.

Метафаза. В началеметафазы веретено, которое представляет трёхмерную структуру, наиболее широкую в средине и суживающуюся к полюсам, занимает место, прежде занятое ядром. Нити веретена – это пучки микротрубочек. Во время метафазы хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, располагаются так, что их центромеры лежат в экваториальной плоскости веретена. Своей центромерой каждая хромосома прикрепляется к нитям веретена. Однако, некоторые нити проходят от одного полюса к другому, не прикрепляясь к хромосомам.

Когда все хромосомы расположатся в экваториальной плоскости, метафаза завершится. Хромосомы готовы к делению.

Анафаза. Хроматиды каждой хромосомы расходятся. Теперь этодочерние хромосомы. Прежде всего, делится центромера, и две дочерние хромосомы увлекаются к противоположным полюсам. При этом центромеры движутся впереди, а плечи хромосом тянутся сзади. Нити веретена, прикрепленные к хромосомам, укорачиваются, способствуя расхождению хроматид и движению дочерних хромосом в противоположные стороны.

Телофаза. В телофазе завершается обособление двух идентичных групп хромосом, при этом вокруг каждой из них формируется ядерная мембрана. В этом активное участие принимает шероховатый ретикулум. Аппарат веретена исчезает. В ходе телофазы хромосомы теряют чёткость очертаний, вытягиваются, превращаясь снова в тонкие нити. Ядрышки восстанавливаются. Когда хромосомы становятся невидимыми, митоз завершается. Два дочерние ядра вступают в интерфазу. Они генетически эквивалентны друг другу и материнскому ядру. Это очень важно, так как генетическая программа, а вместе с ней и все признаки должны быть переданы дочерним организмам.

Продолжительность митоза варьирует у различных организмов и она зависит от типа ткани. Однако профаза самая длинная, а анафаза самая короткая. В клетках кончика корня продолжительность профазы составляет 1 – 2 ч; метафазы – 5 – 15 мин; анафазы – 2 – 10 мин; телофазы – 10 – 30 мин. Продолжительность интерфазы составляет от 12 до 30 ч.

Во многих эукариотических клетках центры организации микротрубочек, ответственные за формирование митотического веретена, связаны сцентриолями .

Что общего в строении всех живых организмов?

Чем животные клетки отличаются от растительных?

Большинство живых организмов состоит из клеток.

Отличия животной клетки от растительной:

1. Растительная клетка имеет в клеточной оболочке клеточную стенку, а животная клетка ее не имеет.

2. Животные клетки имеют гликокаликс.

3. Животные клетки имеют центриоли. Среди растений центриоли имеются только у водорослей.

4. Дочерние клетки после деления ядра отделяются у животных перетяжкой, у растений - перегородкой.

5. Запасной углевод у растений - крахмал, а у животных - гликоген.

6. Растительные клетки способны к фотосинтезу, животные - гетеротрофы.

7. Растительные клетки имеют пластиды.

8. Растительные клетки имеют в клеточной оболочке целлюлозу.

9. Растительные клетки имеют центральную вакуоль.

10. Животные клетки могут иметь органеллы (реснички и жгутики).

1. Назовите основные части клетки и объясните их назначение.

Под оптическим микроскопом вид¬ны основные части клетки: цитоплазма (в ней находятся органойды клетки) и ядро (она несет в себе всю генетическую информацию).

3. Из каких основных веществ состоит клетка?

Клетка состоит из неорганических и органических веществ.

4. Может ли клетка функционировать без воды? Ответ объясните.

Нет, так как в водных растворах происходит взаимодействие веществ в клетке.

5. Прочитайте в Приложении текст «О ферментах». Выполните описанные там опыты и объясните, почему варёный картофельный клубень не способен разложить пероксид водорода. Ответьте на вопрос: стоит ли кипятить бельё в мыльном порошке, содержащем ферменты? Поясните ответ.

В варенном клубе нет фермента каталазы, так как под действием температуры он денатурирует. По этой же причине нет смысла кипятить белье в растворе с ферментами, они разложатся.

6. Какими свойствами обладает клетка? Из каких процессов складывается происходящий в ней обмен веществ? В чём прояв¬ляется возбудимость клетки?

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. 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. Какую роль играют молекулы АТФ?

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.

8. Как происходит деление клетки?

Деление клетки. В период между делениями в клетке образуются новые вещества, появляются и новые органоиды. Изменения происходят и в хромосомах. Около каждой молекулы ДНК образуется ее двойник. К началу деления число хромосом в клетке удваивается. Вместо 46 их ста¬новится 92. Деление клетки начинается с расхождения центриолей - двух особых телец клеточного центра (см. рис. 6) к разным полюсам клетки. От каждой из них отходят нити веретена деления. Хромосомы, до этого неразличимые в оптический микроскоп, скручиваются в спираль и становятся видимыми под микроскопом. 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 и перестают быть ви¬димыми. Наряду с расхождением хромосом происходит деление органоидов цитоплазмы и синтез новых структур. В результате образуется ядерная обо¬лочка 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. Чем отличается рост от развития?

Различают рост клетки - увеличение ее размеров и массы - и развитие клетки - ее созревание, в результате которого клетка специализируется, становится способной совершать свойственную ей работу (функцию): сокращаться, выделять сок и др.

Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность
Общий обзор организма человека

Данный видеоурок посвящен теме «Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность». Наука, изучающая клетку, называется цитология. На этом занятии мы обсудим строение самой маленькой структурной единицы нашего организма, узнаем ее химический состав и рассмотрим, как осуществляется ее жизнедеятельность.

Тема: Общий обзор организма человека

Урок: Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность

Организм человека - это огромное многоклеточное государство. Клетка - структурная единица как растительных, так животных организмов. Наука, изучающая клетки, называется цитология .

По форме, строению и функциям клетки чрезвычайно разнообразны, но все они имеют общую структуру. А вот форма, размеры, и особенности строения клетки зависят от выполняемой органом функции.

Впервые о существовании клеток сообщил в 1665 г. выдающийся английский физик, математик и микроскопист Роберт Гук.

После открытия Гука клетки обнаруживали под микроскопом у всевозможных видов животных и растений. И все они имели общий план строения. Но в световой микроскоп можно было увидеть лишь цитоплазму и ядро. Появление электронного микроскопа позволило ученым не только увидеть другие, но и рассмотреть их ультраструктуру.

Основные части клетки - ядро, цитоплазма с органоидами и клеточная мембрана.

Рис. 3. Основные компоненты клетки

Клеточная мембрана ограничивает живое содержимое клеток от окружающей среды. Важнейшим свойством плазматической мембраны является ее избирательная проницаемость, т. е. через нее в клетку свободно могут попадать лишь некоторые вещества. За счет этого свойства мембрана регулирует поступление веществ в клетку и обмен с внешней средой.

Цитоплазма - это жидкое содержимое клетки с находящими в ней органоидами. Основное вещество цитоплазмы - вода. Цитоплазма живых клеток находится в постоянно движении, что обеспечивает взаимосвязь всех органоидов и доступ к ним различных веществ.

К органоидам клетки относят эндоплазматическую сеть - систему многочисленных канальцев и цистерн, которые пронизывают всю цитоплазму. Эндоплазматическая сеть разделяет клетку на отсеки, обеспечивает сообщение между частями клетки и транспорт веществ.

На эндоплазматической сети располагаются рибосомы. Это очень маленькие органоиды, но их функция очень важна для клетки - в рибосомах синтезируются белки.

Митохондрии - это достаточно крупные органоиды, которые можно увидеть даже в световой микроскоп. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление органических веществ кислородом воздуха. Выделившаяся в этом процессе энергия запасется в образующихся молекулах АТФ, которые способны при распаде отдавать свою энергию туда, где она нужна.

Еще один важный органоид клетки - это лизосома , которая представляет собой мембранный пузырек, заполненный пищеварительными ферментами, которые расщепляют поступающие в клетки органические вещества (белки, жиры и углеводы). Лизосомы производятся комплексом Гольджи.

Вблизи ядра обычно располагается клеточный центр , который играет важную роль при делении клеток. Он присутствует в клетках животных и низших растений.

Регуляторным центром клетки служит ядро . Оно отделено от цитоплазмы двойной ядерной оболочкой. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находятся хромосомы. Хромосомы содержат гены, определяющие наследственность организма. В ядре так же можно увидеть одно или несколько ядрышек. В них происходит формирование рибосом. Ядро регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, обеспечивает передачу и хранение наследственной информации.

Клетки состоят из неорганических и органических веществ. К неорганическим веществам клетки относятся вода и минеральные вещества.

Вода служит катализатором (ускорителем) многих реакций и средой, где протекают все химические процессы. Водные растворы веществ образуют внутреннюю среду клетки.

Минеральные вещества присутствуют в клетках в виде ионов или твердых нерастворимых солей. Они создают кислую или щелочную реакцию среды в клетках, входят в состав некоторых структур и влияют на протекание в клетках и в организме различных процессов.

Основную массу органических веществ составляют четыре класса химических соединений: липиды, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

Основная функция жиров и углеводов - энергетическая, так они являются источником энергии для клеток. Не менее значимы и их строительная и запасающая функции. Но первое место среди органических веществ по разнообразию функций занимают, конечно же, белки.

Они выполняют ферментативную функцию - ускоряют химические реакции в организме. Следующая важная функция белков - строительная. Нет ни одной структуры тела, которая не содержала бы в своем составе белка. Двигательная функция связана с сократительными белками, которые входят в состав мышечных волокон. Белки выполняют и защитную функцию. Они образуют антитела, защищающие организм от болезнетворных бактерий и вирусов. Регуляторные белки это гормоны, регулирующие обмен веществ в организме.

Нуклеиновые кислоты занимают отдельное место среди органических веществ клетки. Они отвечают за хранение и передачу наследственной информации. В них закодирована информация о структуре всех белков организма. Более подробно с химическим составом клетки вы познакомитесь в девятом классе.

Каждая клетка осуществляет все процессы, от которых зависит ее жизнь, т. е. питается, извлекает из пищи энергию, избавляется от отходов жизнедеятельности, воспроизводит себе подобных. В многоклеточном организме каждая клетка выполняет сверх того еще и некоторые специализированные функции, составляющие ее вклад в общую функцию организма. Например, мышечные клетки сокращаются, железистые клетки выделяют различные жидкости (пот, слюну или желудочный сок), нервные клетки вырабатывают нервные импульсы. Клетка - не только структурная, но и функциональная единица живого организма.

Дополнительный материал

Цитология

Цитология (греч. citos - пузырьковидное образование и logos - слово, наука) - раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

В 1838-1839 ботаник Маттиас Шлейден и анатом Теодор Шванн практически одновременно выдвинули идею клеточного строения организма. Шванн предложил термин «клеточная теория» и представил эту теорию научному сообществу. Возникновение цитологии тесно связано с созданием клеточной теории - самого широкого и фундаментального из всех биологических обобщений. Согласно клеточной теории все растения и животные состоят из сходных единиц - клеток, каждая из которых обладает всеми свойствами живого.

Создание микроскопа

В 1665 г. произошло величайшее открытие в биологии: Роберт Гук впервые увидел и описал клетки, из которых состоят живые организмы. А вот что он писал в своей работе: «Весьма благодарен я этому итальянцу Галилео Галилею (см. Рис. 12), который создал прибор по имени «микроскоп», он помог мне увидеть нечто, весьма интересующее весь свет…»

Невозможно точно определить, кто изобрел микроскоп. Одни считают, что голландский мастер очков Ханс Янсен и его сын Захарий Янсен изобрели первый микроскоп в 1590 г.

Другие уверенны, что изобретателем микроскопа был Галилео Галилей. Он разработал свой микроскоп в 1609 г.

Удивительным и непохожим на эти изобретения был микроскоп Антонии Левенгука, с помощью которого он в 1681 г. смог разглядеть мир простейших организмов в капле воды.

Вот с таких простых приборов начались великие биологические открытия, которые продолжаются по сей день.

Роль ионов в организме человека

Мнение о том, что в организме человека можно обнаружить практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, становится привычным. Однако предположения ученых идут дальше - в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет какую-то биологическую функцию.

Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Однако по мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов. Несомненно, время и труд ученых прольют свет и на этот вопрос.

Итак, функции каких ионов уже известны? Так, ионы кальция входят в состав костей и зубов, влияют на свертываемость крови. Ионы калия и натрия содействуют проведению нервных импульсов. Ионы хлора входят в состав желудочного сока. Йод является компонентом гормона щитовидной железы - тироксина. Железо входит в состав гемоглобина и участвует в переносе кислорода. Медь, марганец, бор участвуют в процессах кроветворения. Фтор входит в состав зубной эмали, при его недостатке развивается кариес, а при избытке - флюороз, размягчение костной ткани. Ионы молибдена, хрома, кобальта, цинка активируют работу ферментов, влияют на обмен веществ. При нехватке этих элементов могут нарушаться процессы жизнедеятельности организмов.

1. Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология 8 М.:Дрофа - с. 32, задания и вопрос 2, 3, 5.

2. Какие существуют основные части клетки?

3. Расскажите о клеточных органеллах.

4. Подготовьте сообщение об истории открытия микроскопа.