Основные положения клеточной теории, различия в строении эукариотной и прокариотной клеток. Функции важнейших органелл
Клеточная теория строения организмов сформулирована немецким ученым Т.Шванном. Он пришел к заключению, что клетка представляет собой элементарную единицу строения и развития всех живых организмов.
Клетка - элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию; основа строения и жизнедеятельности растительных и животных организмов.
В настоящее время основные положения клеточной теории формулируются следующим образом:
1) клетка является структурно-функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов;
2) клеткам присуще мембранное строение;
3) ядро-главная составная часть клетки;
4) клетки размножаются только делением;
5) клеточное строение организмов - свидетельство того, что растения и животные имеют единое происхождение.
Прокариотические клетки-наиболее примитивные, очень просто устроенные организмы.К прокариотам относятся бактерии и синезеленые водоросли (цианобактерии). На основании общности их строения и отличий от других клеток их выделяют в самостоятельное царство - Прокариоты (дробянки).
Эукариотические клетки - от простейших до клеток высших растений и млекопитающих - отличаются сложностью, и разнообразием структуры.
Различия прокариотической и эукариотической клеток.
Прокариотическая клетка. Очень просто устроены и не имеют ограниченного оболочкой ядра. На примере бактерии. Генетический аппарат представлен хромосомой, состоящей из двухспиральной молекулы ДНК, имеющей кольцевидную форму и погруженную в цитоплазму. ДНК у бактерией не образует комплексов с белками, поэтому все гены, входящие в состав хромосомы "работают",т.е. с них непрерывно считывается вся информация. Бактериальная клетка окружена мембраной, отделяющей цитоплазму от клеточной стенки. Цитоплазма пронизана мембранами, образующими эндоплазматическую сеть, в ней находятся рибосомы, осуществляющие синтез белков.Комплекс Гольджи представлен отдельными пузырьками. Как правило, бактерии размножаются делением.
Эукариотные клетки организованы значительно сложнее прокариотных. общая организация и наличие основополагающих компонентов у всех эукариотных клеток одинаковы.
Строение:
1.Плазмалемма (наружная клеточная мембрана).Основу плазмалеммы составляет слой липидов, имеющий два ряда молекул.Поскольку молекулы липидов полярны (один полюс у них гидрофилен, т. е. притягивается водой, а другой гидрофобен, т. е. отталкивается от воды), то и располагаются они в определенном порядке. Гидрофильные концы молекул одного слоя направлены в сторону водной среды – в цитоплазму клетки, а другого слоя – наружу от клетки – в сторону межклеточного вещества (у многоклеточных) или водной среды (у одноклеточных).Наружная клеточная мембрана выполняет ряд функций, среди которых:
а) механическая (опорная, формообразующая);
б) барьерно-транспортная (избирательная проницаемость в отношении разных веществ: поступление в клетку необходимых и выведение ненужных и вредных);
в)рецепторная (определение различных химических веществ, оказавшихся в непосредственной близости от клетки; восприятие сигналов в виде гормонов; узнавание «чужого» белка клетками иммунной системы и т. д.).
2.Цитоплазма. Цитоплазма – это содержимое клетки, ограниченное плазмалеммой, за исключением ядра. В ее составе выделяют основное вещество (гиалоплазму), органоиды и включения.Гиалоплазма – вязкая жидкость, способная находиться в состоянии либо золя (жидком), либо геля (студнеобразном).В гиалоплазме содержатся различные вещества – ферменты, белки, углеводы, жиры и другие, органические и минеральные. Здесь осуществляются различные химические процессы – расщепление веществ, их синтез и модификации (изменения).
3.Это постоянные компоненты клетки с определенным строением и функциями, находящиеся в ее цитоплазме.Органоидах общего назначения, присущих любым типам клеток всех эукариот. С ними связано обеспечение жизнедеятельности последних. Органоиды специального назначения встречаются только в клетках определенного (узкоспециализированного) типа – например, миофибриллы в мышечных клетках.Органоиды общего назначения имеют одинаковое строение независимо от того, каким клеткам и каких организмов они принадлежат. Но среди них выделяют группы с мембранным (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, пластиды, лизосомы, вакуоли), а также немембранным (рибосомы, клеточный центр) строением.
1)Эндоплазматическая сеть (ЭПС). ЭПС состоит из мембран и представляет собой сложно разветвленную систему канальцев и цистерн, пронизывающую всю цитоплазму клетки. Различают два вида ЭПС – шероховатую и гладкую. К мембранам шероховатой (со стороны цитоплазмы) прикрепляются рибосомы, а на гладкой их нет.Эндоплазматическая сеть выполняет в эукариотной клетке ряд важнейших функций:
а) разграничивающую (разделение внутреннего объема клетки на различные реакционные пространства);
б)участие в синтезе органических веществ (на мембранах шероховатой ЭПС располагаются рибосомы, а на гладкой – ферментные комплексы, обеспечивающие синтез липидов, углеводов и т. д.);
в)участие в формировании элементов аппарата Гольджи, лизосом;
г)транспорт веществ.
2)Аппарат Гольджи. Аппарат Гольджи (АГ) представляет собой систему цистерн (плоских вакуолей) и пузырьков (везикул), расположенную в непосредственной близости от ядра клетки.Аппарат Гольджи выполняет следующие функции:
а) синтез биологически активных веществ, вырабатываемых клеткой;
б)секрецию (выведение из клетки) различных веществ (гормонов, ферментов, веществ, из которых строится клеточная стенка, и т. п.);
в)участие в образовании лизосом.
3)Митохондрии. Митохондрии есть у всех типов эукариотных клеток. Они имеют вид либо округлых телец, либо палочек, реже – нитей.Митохондрия образована двумя мембранами – внешней и внутренней, между которыми расположено межмембранное пространство. Внутренняя мембрана образует множество впячиваний – крист, представляющих собой либо пластины, либо трубочки. функция митохондрий – участие в энергетических клеточных процессах.
4)Пластиды. В растительных клетках обнаруживаются особые органоиды – пластиды, имеющие чаще веретеновидную или округлую форму, иногда более сложную. Различают три вида пластид – хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
Хлоропласты отличаются зеленым цветом, который обусловлен пигментом – хлорофиллом, обеспечивающим процесс фотосинтеза, т. е. синтеза органических веществ из воды (Н2О) и углекислого газа (СО2) с использованием энергии солнечного света.
Хромопласты определяют желтый, оранжевый и красный цвет многих цветков и плодов, в клетках которых присутствуют в большом количестве. Основными пигментами в их составе являются каротины.Функциональное назначение хромопластов состоит в цветовом привлечении животных, обеспечивающих опыление цветков и распространение семян.
Лейкопласты – это бесцветные пластиды, содержащиеся в клетках подземных частей растений (например, в клубнях картофеля), семян и сердцевины стеблей. В лейкопластах, главным образом, происходит образование из глюкозы крахмала и накапливание его в запасающих органах растений.
Пластиды одного вида могут превращаться в другой. Например, при осеннем изменении цвета листьев хлоропласты превращаются в хромопласты.
5)Лизосомы. Эти органоиды имеют вид пузырьков, окруженных мембраной.Функция лизосом – участие в процессах внутриклеточного расщепления сложных органических соединений (например, пищевых веществ или веществ «отработавших» клеточных компонентов).
6)Рибосомы. Рибосомы присутствуют в клетках как эукариот, так и прокариот, поскольку выполняют важную функцию в биосинтезе белков.
7)Клеточные включения. Так называются непостоянные компоненты в клетке, присутствующие в основном веществе цитоплазмы в виде зерен, гранул или капелек. Включения могут быть окружены мембраной или же не окружаются ею.В функциональном отношении выделяют три вида включений: запасные питательные вещества (крахмал, гликоген, жиры, белки), секреторные включения (вещества, характерные для железистых клеток, продуцируемые ими, – гормоны желез внутренней секреции и т. п.) и включения специального назначения (в узкоспециализированных клетках, например гемоглобин в эритроцитах).
4.Клеточное ядро имеет важнейшее значение в жизнедеятельности клетки, поскольку служит хранилищем наследственной информации, содержащейся в хромосомах.Ядро ограничено ядерной оболочкой, отделяющей его содержимое (кариоплазму) от цитоплазмы. Оболочка состоит из двух мембран, разделенных промежутком.Обе они пронизаны многочисленными порами, благодаря которым возможен обмен веществами между ядром и цитоплазмой. В ядре клетки у большинства эукариот находится от 1 до 7 ядрышек. С ними связаны процессы синтеза РНК и тРНК.Основные компоненты ядра – хромосомы, образованные из молекулы ДНК и различных белков.
Размножение организмов
Размножение организмов - воспроизведение себе подобных. Это свойство характерно только для живых организмов, чем они и отличаются от неживой природы.
В процессе эволюции сначало возникло бесполое размножение, а лишь позднее - половое.
Бесполое размножение - размножение, осуществляющееся с участием лишь одной особи. Бесполое размножение свойственно простейшим животным (амеба, инфузория-туфелька, зеленая эвглена), у которых оно осуществляется в результате митотического деления клеток (митоз). У споровых растений и грибов широко распространено размножение путем спорообразования.Споры обычно характерны для сухопутных растений, зооспоры, имеющие жгутики, - для водных (тип споровики).
Почкование заключается в том, что на материнской клетке первоначально образуется небольшой бугорок, содержащий ядро. Почка растет, достигает размеров материнской и затем отделяется от нее (дрожжевые грибы, пресноводная гидра). Вегетативное размножение - размножение частями тела или группами клеток; при этом участвует только одна родительская особь.У растений это широко распространенный способ размножения (корневищами, клубнями, луковицами, усами, черенками и т.д.).
При любых формах бесполого размножения все потомки имеют генотип идентичный материнскому. Бесполое размножение приводит к увеличению численности особей данного вида, но не сопровождается повышением генетического разнообразия внутри вида. Новые признаки, к-ые могут оказаться полезными при изменении условий среды, появляются только в результате мутаций.
Половое размножение - воспроизведение себе подобных, происходящее, как правило, с участием двух особей в результате слияния гамет (половая клетка, репродуктивная клетка животных и растений), т.е. копуляции яйцеклетки и сперматозоида. яйцеклетка образуется у особей женского пола, смерматозоиды - у особей мужского пола. Половое размножение характерно как растительным, так и животным организмам. У растений яйцеклетки образуются в специальных органах - архегониях, сперматозоиды - в антеридиях. У животных яйцеклетки формируются в яичниках, сперматозоиды - в семенниках.
Появление полового процесса дало генетические преимущества по сравнению с бесполым. При половом процессе происходит комбинация генов, до этого принадлежавших обоим родителям. В результате повышаются возможности организмов в приспособлении к условиям ОС. Сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информации из двух разных источников (родителей).
Законы моногибридного скрещивания по Менделю.
Моногибридное скрещивание - скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных(контрастных) признаков, передающихся по наследству.
1-й закон Менделя (закон единообразия): при скрещивании двух особей одного вида, отличающихся по одному признаку, потомки (первое дочернее поколение- F1) по данному признаку будут единообразными (при условии полного доминирования).
2-й закон Менделя (закон расщепления): при скрещивании особей одного дочернего поколения (F1) между собой, во втором дочернем поколении (F2) различающиеся признаки родительского поколения (Р) расщепляются в определенном соотношении. В генотипе 1:2:1, в фенотипе - 3:1.
3-1 закон Менделя (закон независимого комбинирования признаков): при скрещивании особей данного вида, родители которых гомозиготны и отличались по нескольким парам альтернативных признаков, наследование каждой пары родительских признаков происходит независимо друг от друга и подчиняется закону расщепления. В поколении F2 наряду с комбинациями признаков, наблюдаемых у родителей, появляются также и новые комбинации признаков во всех возможных сочетаниях.
Генотип генофонд фенотип
Генотип - совокупность наследственных признаков и свойств, полученных особью от родителей, а также новых свойств, появившихся в результате мутаций генов, которых не было у родителей. Генотип складывается при взаимодействии двух геномов (яйцеклетки и сперматозоида) и представляет собой наследственную программу развития, являясь целоствной системой, а не простой суммой отдельных генов. Так, генотип человека определяет рождение ребенка, у зайца-беляка потомство будет представлено зайчатами, из семян подсрлнечника вырастет только подсолнечник и т.д.
Фенотип - совокупность всех признаков и свойств организма, сложившихся в процессе индивидуального развития генотипа. Сюда относятся не только внешние признаки, но и внутренние: анатомические, физиологические, биохимические. Каждая особь имеет свои особенности внешнего вида, внутреннего строения, характера обмена веществ, функционирования организма, т.е. свой фенотип, к-ый сформировался в определенных условиях среды.
Генофонд - совокупность генов популяции, вида или другой систематической единицы на донном отрезке времени. Для сохранения генофонда Земли созданы списки Красной книги растений и животных, к-ые действуют в разных странах. Генофондом является, н-р, огромная коллекция семян различных растений земного шара,созданная академиком Вавиловым и его учениками во Всесоюзном институте растениеводства. Образцы коллекции используются как исходный материал для селекции.