Учение о клетке
Учение о клетке
УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ
Глава1. ИЗУЧЕНИЕ КЛЕТКИ. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ
Клетка — основная структурная и функциональная единица организма.
Долгое время биология изучала свойства животных и растений основе их
макроскопического строения (видимого невооруженным глазом). Глубже в
строение и функции организмов она проникла после открытия их клеточного
строения и изучения клетки как основной структурной и функциональной
единицы.
Размеры клеток обычно порядка нескольких микрометров 1 мкм - 0,001 мм);
самые мелкие—от 0,5 до 1,2 мкм, что делает недоступными для изучения
невооруженным глазом. Открытие исследование клетки тесно связано с
изобретением и усовершенствованием микроскопа.
В 1665 г. английский естествоиспытатель Роберт Гук с помощью микроскопа
впервые установил «клеточное строение» на случайно выбранном для наблюдения
растительном объекте — мертвой Щи, пробке. Он ввел понятие «клетка» для
обозначения наблюдения в пробке пустых ячеек, поэтому свойства живой
материи Гук ошибочно связывал с клеточной стенкой.
В последней трети XVII в. в работах голландского ученого А.. Левенгука были
описаны выдающиеся открытия, в частности клеточное строение животных, но
только в 30-е годы прошлого столетия было установлено, что клетки не полые
пузырьки, а заполнены полужидким содержимым — «протоплазмой». В 1831 г. Р.
Броун впервые описал ядро.
В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден пришел к заключению, что ядро
является обязательным компонентом всех растительных клеток. Его
соотечественник зоолог Т. Шванн, сопоставив клетки животных и растительных
организмов, сделал вывод, что все они сходны. Это дало основание М.
Шлейдену и Т. Шванну сформулировать основное положение клеточной теории:
все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по
строению.
В 1858 г. немецкий ученый Р. Вирхов внес в клеточную теорию важное
дополнение. Он доказал, что число клеток в организме увеличивается в
результате их деления, так как клетка происходит только от клетки.
Открытие клеточного строения у живых организмов Ф. Энгельс отнес к числу
трех важнейших открытий XIX столетия в области естествознания наряду с
законом сохранения энергии и эволюционным учением Ч. Дарвина. Хотя
клеточная теория не сразу получила всеобщее признание, тем не менее она
явилась мощным стимулом интенсивного изучения клетки. Появились новые
замечательные открытия. В 1877—1881 гг. Э. Руссов и И. Горожанкин впервые
наблюдали и описали цитоплазматические соединения между растительными
клетками — плазмодесмы. Позднее их формирование и структуру изучали
немецкие ботаники Э. Страсбургер и Ю. Сакс. Таким образом были доказаны
взаимосвязь клеток в тканях и органах и, следовательно, материальная основа
целостности организма.
Целая эпоха в развитии наших знаний о внутриклеточной структуре и
физиологии клетки связана с открытием и изучением деления ядер —
кариокинеза — и деления клеток - цитокинеза (работы П. Чистякова, Э.
Страсбургера, Л. Гиньяра и др.).
Развитие наших знаний о клеточном строении основывалось на данных
светового микроскопирования. Но разрешающая способность светового
микроскопа ограничена. С помощью светового микроскопа нельзя рассматривать
ультраструктуры клетки, измеряемые нанометрами (1 нм - 0,001 мкм). С
открытием же электронного микроскопа, который позволяет увеличивать тонкие
структуры клетки в 100 000 раз и больше, возможности изучения клетки резко
возросли.
Современные методы исследования позволяют учитывать взаимосвязь структуры
и функции, т.е. изучать клетки в единстве с физиологией. Так, один из
биохимических методов — хроматография — позволяет установить не только
качественные, но и количественные соотношения внутриклеточных компонентов;
метод фракционного центрифугирования — изучить отдельные компоненты клетки
— ядро, пластиды, митохондрии, рибосомы и др.
Современная клеточная теория включает следующие положения: клетка —
основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая
единица живого; клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов
сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям
жизнедеятельности и обмену веществ; размножаются клетки путем деления,
каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской)
клетки; в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой
ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы.
Значение клеточной теории заключается в том, что она доказывает единство
происхождения всех живых организмов на Земле.
Глава 2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ
Сходство химического состава клеток всех организмов служит
доказательством единства живой природы. Вместе с тем нет ни одного
химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы
найден в телах неживой природы. Это подтверждает мнение о единстве
материи.
Элементы, входящие в состав клетки, %
| |
|Кислород — |Магний — 0,02—0,03 |Цинк - |
|65—75 | |0,0003 |
|Углерод — 15—18|Натрий — 0,02—0,03 |Медь — |
| | |0,0002 |
|Водород — 8—10 |Кальций — 0,04—2,00|Йод — 0,0001|
| | | |
|Азот— 1,5—3,0 |Железо — 0,01—0,015|Фтор — |
| | |0,0001 |
| |Калий—0,15—0,40 | |
| |Сера — 0,15—0,20 | |
| |Фосфор — 0,20—1,00 | |
| |Хлор — 0,05—0,10 | |
В приведенном перечне кислород, углерод, водород и азот — группа
элементов, которыми живые существа богаче всего. Вторая группа объединяет 8
элементов, представленных десятыми и сотыми долями процента. Их общая масса
— около 1,9 %. В третью группу входят такие элементы, которых в живой
клетке очень мало,— микроэлементы, но и они совершенно необходимы для ее
нормального функционирования. В живых организмах все эти элементы входят в
состав неорганических и органических соединений, которые и образуют живую
материю. В основном клетки живых существ построены из органических веществ.
В состав клеток входят и неорганические соединения. За исключением воды,
они составляют незначительную долю по сравнению, с содержанием органических
веществ.
В то время как неорганические соединения существуют и в неживой природе,
органические соединения характерны только для живых организмов. В этом
существенное различие между живой и неживой природой.
Соотношение в клетке воды, органических и неорганических
веществ, %
|Вода... 70—85 | |1—2 |
|Белки...10—20 |АТФ и другие |0,1—0,5 |
| |низкомолекулярн| |
| |ые органические| |
| |вещества | |
|Жиры... 1—5 |Неорганические |1—1,5 |
| |вещества (кроме| |
| |воды) | |
|Углеводы...0,2—| | |
|2,0 | | |
Неорганические вещества. Большое значение в жизнедеятельности клетки
имеет вода. Прежде всего она является растворителем, а все обменные
процессы могут протекать лишь в растворах. Вода играет важную роль во
многих реакциях, происходящих в организме, например в реакциях гидролиза,
при которых высокомолекулярные органические вещества (белки, жиры,
углеводы) расщепляются благодаря присоединению к ним воды. С помощью воды
обеспечивается перенос необходимых веществ от одной части организма к
другой. Чем выше биохимическая активность клетки или ткани, тем выше
содержание в них воды. Велика ее роль и в теплорегуляции клетки и организма
в целом. Другие неорганические вещества — соли — находятся в организмах в
виде анионов и катионов в растворах и в виде соединений с органическими
веществами. Важное функциональное значение для нормальной жизнедеятельности
клетки имеют катионы К+, Na+, Ca2+, Ms2+ и анионы НР042-, H2PO4-, НСОз-, СI-
.
В соединении с органическими веществами особое значение имеют сера,
входящая в состав многих белков, фосфор как обязательный компонент
нуклеотидов ДНК и РНК, железо, находящееся в составе белка крови
гемоглобина, и магний, содержащийся в молекуле хлорофилла. Кроме того,
фосфор в форме нерастворимого фосфорнокислого кальция составляет основу
костного скелета позвоночных и раковин моллюсков.
