Значение деления клеток. Как образуются новые клетки человеческого тела? Как возникают новые клетки

Все новые клетки возникают в результате деления уже существующих клеток надвое. Если делится одноклеточный организм, то из старого организма образуются два новых. Многоклеточный организм начинает свое развитие с одной-единственной клетки; все его многочисленные клетки образуются затем путем многократных клеточных делений. Эти деления продолжаются в течение всей жизни многоклеточного организма, по мере его развития и роста в процессах репарации, регенерации или замещения отслуживших клеток новыми. Когда, например, клетки нёба отмирают и слущиваются, их замещают другие клетки, образовавшиеся путем деления клеток в глубже лежащих слоях (см. рис. 10.4).
Новообразованные клетки обычно становятся способными к делению лишь после некоторого периода роста. Кроме того, делению должно предшествовать удвоение клеточных органелл; в противном случае в дочерние* клетки попадало бы все меньше и меньше органелл. Некоторые органеллы, например хлоропласты и митохондрии, сами воспроизводятся делением надвое; клетке достаточно иметь хотя бы одну такую органеллу, чтобы затем образовать их столько, сколько ей требуется. Каждой клетке необходимо также иметь вначале какое-то количество рибосом, чтобы использовать их для синтеза белков, из которых затем можно построить новые рибосомы, эндоплазматический ретикулум и многие другие органеллы.
Перед началом клеточного деления ДНК клетки должна реплицироваться (дуплицироваться) с очень высокой точностью, поскольку ДНК несет в себе информацию, необходимую клетке для синтеза белков. Если какая-нибудь дочерняя клетка не унаследует полный набор таких заключенных в ДНК инструкций, то она может оказаться не в состоянии синтезировать все те белки, которые могут ей потребоваться. Чтобы этого не случилось, ДНК должна реплицироваться и каждая дочерняя клетка при клеточном делении должна получить ее копию. (Процесс репликации описан в разд. 14.3.)
Клеточное деление у прокариот. Бактериальная клетка содержит только одну молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране. Перед делением клетки бактериальная ДНК реплицируется, образуя две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых тоже прикреплена к клеточной мембране. Когда клетка делится, клеточная мембрана врастает между этими двумя молекулами ДНК, так что в конечном счете в каждой дочерней клетке оказывается по одной молекуле ДНК (рис. 10.26 и 10.27).
Клеточное деление у эукариот. Для клеток эукариот проблема деления оказывается гораздо более сложной, поскольку хромосом у них много и хро-
1 При описании клеточного деления принято пользоваться некоторыми «женскими» терминами: «материнский», «дочерний», «сестринский». Это вовсе не означает, что структуры, о которых идет речь, являются женскими, а не мужскими. Поскольку роль женского начала в размножении обычно больше мужского, авторам этой терминологии, вероятно, казалось естественным выразить взаимоотношения структур именно с помощью «женских» слов. Возможно, какая-нибудь система без указаний на «половую принадлежность» была бы предпочтительнее, но мы пользуемся здесь привычной терминологией сознательно, имея в виду, что читатель может столкнуться с ней в других изданиях.

мосомы эти неидентичны. Соответственно более сложным должен быть и процесс деления, гарантирующий, что каждая дочерняя клетка получит полный набор хромосом. Этот процесс называется митозом.
Митоз это деление ядра, приводящее к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, как в родительском ядре. Поскольку за делением ядра обычно следует клеточное деление, термин «митоз» нередко употребляют в более широком смысле, имея в виду и сам митоз, и клеточное деление, которое за ним следует. Таинственный танец, исполняемый хромосомами при их разделении во время митоза на два идентичных набора, впервые наблюдался исследователями более ста лет назад, однако и до сих пор многое в этой фантастически точной хореографии хромосомных движений еще остается неясным.
Митозу должно предшествовать удвоение хромосом. Удвоившаяся хромосома состоит из двух одинаковых половинок, соединенных при помощи особой структуры, которую называют центромерой (рис. 10.28). Эти две половинки превращаются в обособленные хромосомы лишь к середине митоза, когда центромера делится и их уже больше ничто не связывает.
Удвоение хромосом происходит в интерфазе, т. е. в период между делениями. В это время вещество хромосом распределено по всему ядру в виде рыхлой массы (рис. 10.29). Между удвоением хромосом и началом митоза проходит обычно некоторое время.

Митоз представляет собой непрерывную цепь событий, но, для того чтобы удобнее было его описывать, биологи делят этот процесс на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы в световом микроскопе (рис. 10.29): Профаза-стадия, на которой появляются первые указания на то, что ядро собирается приступить к митозу. Вместо рыхлой массы ДНК и белка в профазе становятся ясно видны нитевидные удвоившиеся хромосомы. Такая конденсация хромосом - весьма нелегкая задача: это примерно то же самое, что свернуть тонкую двухсотметровую нить так, чтобы ее можно было втиснуть в цилиндр диаметром 1 мм и длиной 8 мм. По большей части в профазе

ядрышко и ядерная мембрана исчезают и появляется сеть микротрубочек. Метафаза- стадия подготовки к делению. Для нее характерно завершение образования митотического веретена, т.е. каркаса из микротрубочек. Каждая удвоившаяся хромосома прикрепляется к микротрубочке и направляется к середине веретена. Анафаза-стадия, на которой центромеры, наконец, делятся и из каждой удвоившейся хромосомы образуются две отдельные, совершенно идентичные хромосомы. Разделившись, эти идентичные хромосомы движутся к противоположным концам, или полюсам, митотического веретена; однако, что именно приводит их в движение, пока неясно. В конце анафазы у каждого полюса находится полный набор хромосом. Телофаза - последняя стадия митоза. Хромосомы начинают раскручиваться, снова превращаясь в рыхлую массу ДНК и белка. Вокруг каждого набора хромосом вновь появляется ядерная мембрана. Телофаза обычно сопровождается делением цитоплазмы, в результате которого образуются две клетки, каждая с одним ядром. В животных клетках клеточная мембрана пережимается посередине и в конце концов разрывается в этой точке, так что получаются две отдельные клетки. У растений в цитоплазме посередине клетки возникает перегородка, а затем каждая дочерняя клетка строит возле нее со своей стороны клеточную стенку.
При помощи факторов, нарушающих митоз, можно получать тетра- плоидные клетки, т.е. клетки с числом хромосом, вдвое большим, чем в исходной (диплоидной) клетке. Одним из таких факторов является колхицин- вещество, экстрагируемое из безвременника (Colchicum). Колхицин связывается с белком микротрубочек и препятствует образованию веретена. Вследствие этого хромосомы не делятся на две группы, так что возникает ядро с удвоенным по сравнению с нормальным числом хромосом. Если обработать побег какого-нибудь растения колхицином, а затем дать этому растению зацвести и завязать семена, то получаются тетраплоидные семена. Тетра- плоидные растения обычно крупнее и мощнее исходного родительского растения; многие сорта культурных растений-фрукты, овощи и цветы-это именно тетраплоиды, либо возникшие естественным путем, либо полученные искусственно.

Формулировка положения «Всякая клетка от клетки» (Omnis cellula e cellula ) связана с именем знаменитого ученого Р. Вирхова. Т. Шванн в своих обобщениях подчеркивал одинаковость принципа развития клеток как у животных, так и у растений. Это представление базировалось на выводах Шлейдена о том, что клетки могут образовываться из зернистой массы в недрах клеток заново (теория цитобластемы). Р. Вирхов как противник идеи о самозарождении жизни настаивал на «преемственном размножении клеток». Сегодня сформулированное Р. Вирховым афористическое определение можно считать биологическим законом. Размножение клеток прокариотических и эукариотических происходит только путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала (редупликация ДНК) .

У эукариотических клеток единственно полноценным способом деления является митоз (или мейоз при образовании половых клеток). При этом образуется специальный аппарат клеточного деления – клеточное веретено, с помощью которого равномерно и точно по двум дочерним клеткам распределяются хромосомы, до этого удвоившиеся в числе. Этот тип деления наблюдается у всех эукариотических, как растительных, так и животных клеток.

Прокариотические клетки, делящиеся так называемым бинарным образом, также используют специальный аппарат разделения клеток, значительно напоминающий митотический способ деления эукариот (см. ниже).

Современная наука отвергает иные пути образования клеток и увеличение их числа. Появившиеся одно время описания образования клеток из «неклеточного живого вещества» оказались в лучшем случае результатом методических недостатков или даже ошибок, а в худшем – плодом научной недобросовестности.

Одно время считали, что клетки могут размножаться прямым делением, путем так называемого амитоза . Однако прямое разделение клеточного ядра, а затем и цитоплазмы, наблюдается только у некоторых инфузорий. При этом амитотически делится только макронуклеус, в то время как генеративные микронуклеусы делятся исключительно путем митоза, вслед за которым наступает разделение клетки – цитотомия. Часто появление дву- или многоядерных клеток также считали результатом амитотического деления ядер. Однако появление многоядерных клеток является или результатом слияния друг с другом нескольких клеток (гигантские многоядерные клетки тел воспаления, остеокласты и др.) или результатом нарушения самого процесса цитотомии (см. ниже).

5. Клетки и многоклеточный организм

Роль отдельных клеток во многоклеточном организме подвергалась неоднократному обсуждению и критике и претерпела наибольшие изменения. Т. Шванн представлял себе многогранную деятельность организма как сумму жизнедеятельности отдельных клеток. Это представление было в свое время принято и расширено Р. Вирховым и получило название теории «клеточного государства». Вирхов писал: «…всякое тело, сколько-нибудь значительного объема, представляет устройство, подобное общественному, где множество отдельных существований поставлено в зависимость друг от друга, но так, однако же, что каждое из них имеет свою собственную деятельность, и если побуждение к этой деятельности оно и получает от других частей, зато самою работу свою оно совершает собственными силами» (Вирхов, 1859).

Действительно, какую бы сторону деятельности целого организма мы ни брали, будь то реакция на раздражение или движение, иммунные реакции, выделение и многое другое, каждая из них осуществляется специализированными клетками. Клетка – это единица функционирования в многоклеточном организме. Но клетки объединены в функциональные системы, в ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом. Поэтому нет смысла в сложных организмах искать главные органы или главные клетки. Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненные и связанные межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции. Вот почему мы говорим об организме как о целом. Специализация частей многоклеточного единого организма, расчлененность его функций дают ему большие возможности приспособления для размножения отдельных индивидуумов, для сохранения вида.

В конечном итоге можно сказать, что клетка в многоклеточном организме – это единица функционирования и развития. Кроме того, первоосновой всех нормальных и патологических реакций целостного организма является клетка. Действительно, все многочисленные свойства и функции организма выполняются клетками. Когда в организм попадают чужеродные белки, например бактериальные, то развивается иммунологическая реакция. При этом в крови появляются белки-антитела, которые связываются с чужими белками и их инактивируют. Эти антитела – продукты синтетической активности определенных клеток, плазмацитов. Но, чтобы плазмациты начали вырабатывать специфические антитела, необходима работа и взаимодействие целого ряда специализированных клеток-лимфоцитов и макрофагов. Другой пример, простейший рефлекс – слюноотделение в ответ на предъявление пищи. Здесь проявляется очень сложная цепь клеточных функций: зрительные анализаторы (клетки) передают сигнал в кору головного мозга, где активируется целый ряд клеток, передающих сигналы на нейроны, которые посылают сигналы к разным клеткам слюнной железы, где одни вырабатывают белковый секрет, другие выделяют слизистый секрет, третьи, мышечные, сокращаясь, выдавливают секрет в протоки, а затем в полость рта. Такие цепи последовательных функциональных актов отдельных групп клеток можно проследить на множестве примеров функциональных отправлений организма.

Жизнь нового организма начинается с зиготы – клетки, получившейся в результате слияния женской половой клетки (ооцита) со спермием. При делении зиготы возникает клеточное потомство, которое также делится, увеличивается в числе и приобретает новые свойства, специализируется, дифференцируется. Рост организма, увеличение его массы есть результат размножения клеток и результат выработки ими разнообразных продуктов (например, вещества кости или хряща).

И наконец, именно поражение клеток или изменение их свойств является основой для развития всех без исключения заболеваний. Данное положение было впервые сформулировано Р. Вирховым (1858) в его знаменитой книге «Клеточная патология». Классическим примером клеточной обусловленности развития болезни может служить сахарный диабет, широко распространенное заболевание современности. Его причина – недостаточность функционирования лишь одной группы клеток, так называемых В-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе. Эти клетки вырабатывают гормон инсулин, участвующий в регуляции сахарного обмена организма.

Все эти примеры показывают важность изучения структуры, свойств и функций клеток для самых различных биологических дисциплин и для медицины.

Подавляющее большинство организмов, обитающих на Земле, состоит из клеток, во многом сходных по своему химическому составу, строению и жизнедеятельности. В каждой клетке происходит обмен веществ и превращение энергии. Деление клеток лежит в основе процессов роста и размножения организмов. Таким образом, клетка представляет собой единицу строения, развития и размножения организмов.

Клетка может существовать только как целостная система, неделимая на части. Целостность клетки обеспечивают биологические мембраны. Клетка - элемент системы более высокого ранга - организма. Части и органоиды клетки, состоящие из сложных молекул, представляют собой целостные системы более низкого ранга.

Клетка - открытая система, связанная с окружающей средой обменом веществ и энергии. Это функциональная система, в которой каждая молекула выполняет определенные функции. Клетка обладает устойчивостью, способностью к саморегуляции и самовоспроизводству.

Клетка - самоуправляемая система. Управляющая генетическая система клетки представлена сложны ми макромолекулами - нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК).

В 1838-1839 гг. немецкие биологи М. Шлейден и Т. Шванн обобщили знания о клетке и сформулировали основное положение клеточной теории, сущность которой заключается в том, что все организмы, как растительные, так и живот ные, состоят из клеток.

В 1859 г. Р. Вирхов описал процесс деления клетки и сформулировал одно из важнейших положений клеточной теории: "Всякая клетка происходит из другой клетки". Новые клетки образуются в результате деления материнской клетки, а не из неклеточного вещества, как это считалось ранее.

Открытие российским ученым К. Бэром в 1826 г. яйцеклеток млекопитающих привело к выводу, что клетка лежит в основе развития многоклеточных организмов.

Современная клеточная теория включает следующие положения:

1) клетка - единица строения и развития всех организмов;

2) клетки организмов разных царств живой природы сходны по строению, химическому составу, обмену веществ, основным проявлениям жизнедеятельности;

3) новые клетки образуются в результате деления материнской клетки;

4) в многоклеточном организме клетки образуют ткани;

5) из тканей состоят органы.

С введением в биологию современных биологических, физических и химических методов исследования стало возможным изучить структуру и функционирование различных компонентов клетки. Один из методов изучения клетки - микроскопирование . Современный световой микроскоп увеличивает объекты в 3000 раз и позволяет увидеть наиболее крупные органоиды клетки, наблюдать движение цитоплазмы, деление клетки.

Изобретенный в 40-е гг. XX в. электронный микроскоп дает увеличение в десятки и сотни тысяч раз. В электронном микроскопе вместо света используется поток электронов, а вместо линз - электромагнитные поля. Поэтому электронный микроскоп дает четкое изображение при значительно больших увеличениях. При помощи такого микроскопа удалось изучить строение органоидов клетки.

Строение и состав органоидов клетки изучают с помощью метода центрифугирования . Измельченные ткани с разрушенными клеточными оболочками помещают в пробирки и вращают в центрифуге с большой скоростью. Метод основан на том, что различные клеточные ор ганоиды имеют разную массу и плотность. Более плотные органоиды осаждаются в пробирке при низких скоростях центрифугирования, менее плотные - при высоких. Эти слои изучают отдельно.

Широко используют метод культуры клеток и тканей , который состоит в том, что из одной или нескольких клеток на специальной питательной среде можно получить группу однотипных животных или растительных клеток и даже вырас тить целое растение. С помощью это го метода можно получить ответ на вопрос, как из одной клетки образуются разнообразные ткани и органы организма.

Основные положения клеточной теории были впервые сформулированы М. Шлейденом и Т. Шванном. Клетка - единица строения, жизнедеятельности, размножения и развития всех живых организмов. Для изучения клетки используют методы микроскопирования, центрифугирования, культуры клеток и тканей и др.

Клетки грибов, растений и животных имеют много общего не только в химическом составе, но и в строении. При рассматривании клетки под микроскопом в ней видны различные структуры - органоиды . Каждый органоид выполняет определенные функции. В клетке различают три основные части: плазматическую мембрану, ядро и цитоплазму (рис 1).

Плазматическая мембрана отделяет клетку и ее содержимое от окружающей среды. На рисунке 2 вы видите: мембрана образована двумя слоями липидов, а белковые молекулы пронизывают толщу мембраны.

Основная функция плазматической мембраны транспортная . Она обеспечивает поступление питательных веществ в клетку и выведение из нее продуктов обмена.

Важное свойство мембраны - избирательная проницаемость , или полупроницаемость, позволяет клетке взаимодействовать с окружающей средой: в нее поступают и вы водятся из нее лишь определенные вещества. Мелкие молекулы воды и некоторых других веществ проникают в клетку путем диффузии, частично через поры в мембране.

В цитоплазме, клеточном соке вакуолей растительной клетки, растворены сахара, органические кислоты, соли. Причем их концентрация в клетке значительно выше, чем в окружающей среде. Чем больше концентрация этих веществ в клетке, тем больше она поглощает воды. Известно, что вода постоянно расходуется клеткой, благодаря чему концентрация клеточного сока увеличивается и вода снова поступает в клетку.

Поступление более крупных молекул (глюкозы, аминокислот) в клетку обеспечивают транспортные белки мембраны, которые, соединяясь с молекулами транспортируемых веществ, переносят их через мембрану. В этом процессе участвуют ферменты расщепляющие АТФ.

Рисунок 1. Обобщённая схема строения эукариотической клетки.
(для увеличения изображения нажмите на рисунок)

Рисунок 2. Строение плазматической мембраны.
1 - пронзающие белки, 2 - погруженные белки, 3 - внешние белки

Рисунок 3. Схема пиноцитоза и фагоцитоза.

Еще более крупные молекулы белков и полисахаридов проникают в клетку путем фагоцитоза (от греч. фагос - пожирающий и китос - сосуд, клетка), а капли жидкости - путем пиноцитоза (от греч. пино - пью и китос ) (рис 3).

Клетки животных, в отличие от клеток растений, окружены мягкой и гибкой "шубой", образованной преимущественно молекулами полисахаридов, которые, присоединяясь к некоторым белкам и липидам мембраны, окружают клетку снаружи. Состав полисахаридов специфичен для разных тканей, благодаря чему клетки "узнают" друг друга и соединяются между собой.

У клеток растений такой "шубы" нет. У них над плазматической мембраной находится пронизанная порами клеточная оболочка , состоящая преимущественно из целлюлозы. Через поры из клетки в клетку тянутся нити цитоплазмы, соединяющие клетки между собой. Так осуществляется связь между клетками и достигается целостность организма.

Клеточная оболочка у растений играет роль прочного скелета и защищает клетку от повреждения.

Клеточная оболочка есть у большинства бактерий и у всех грибов, только химический состав ее другой. У грибов она состоит из хитиноподобного вещества.

Клетки грибов, растений и животных имеют сходное строение. В клетке различают три основные части: ядро, цитоплазму и плазматическую мембрану. Плазматическая мембрана состоит из липидов и белков. Она обеспечивает поступление веществ в клетку и выделение их из клетки. В клетках растений, грибов и большинства бактерий над плазматической мембраной имеется клеточная оболочка. Она выполняет защитную функцию и играет роль скелета. У растений клеточная оболочка состоит из целлюлозы, а у грибов из хитиноподобного вещества. Клетки животных покрыты полисахаридами, обеспечивающими контакты между клетками одной ткани.

Вам известно, что основную часть клетки составляет цитоплазма . В ее состав входят вода, аминокислоты, белки, углеводы, АТФ, ионы не органических веществ. В цитоплазме расположены ядро и органоиды клетки. В ней вещества перемещаются из одной части клетки в другую. Цитоплазма обеспечивает взаимодействие всех органоидов. Здесь протекают химические реакции.

Вся цитоплазма пронизана тонкими белковыми микротрубочками, образующими цитоскелет клетки , благодаря которому она сохраняет постоянную форму. Цитоскелет клетки гибкий, так как микротрубочки способны изменять свое положение, перемещаться, с одного конца и укорачиваться с другого. В клетку поступают разные вещества. Что же происходит с ними в клетке?

В лизосомах - мелких округлых мембранных пузырьках (см. рис. 1) молекулы сложных органических веществ с помощью гидролитических ферментов расщепляются на более простые молекулы. Например, белки расщепляются на аминокислоты, полисахариды - на моносахариды, жиры - на глицирин и жирные кислоты. За эту функцию лизосомы часто называют "пищеварительными станциями" клетки.

Если разрушить мембрану лизосом, то содержащиеся в них ферменты могут переварить и саму клетку. Поэтому иногда лизосомыназывают "орудиями убийства клетки".

Ферментативное окисление образовавшихся в лизосомах мелких молекул аминокислот, моносахаридов, жирных кислот и спиртов до угле кислого газа и воды начинается в цитоплазме и заканчивается в других органоидах - митохондриях . Митохондрии - палочковидные, нитевидные или шаровидные органоиды, отграниченные от цитоплазмы двумя мембранами (рис. 4). Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует складки - кристы , которые увеличивают ее поверхность. На внутренней мембране и размещаются ферменты, участвующие в реакциях окисления органических веществ до углекислого газа и воды. При этом освобождается энергия, которая запасается клеткой в молекулах АТФ. Поэтому митохондрии называют "силовыми станциями" клетки.

В клетке органические вещества не только окисляются, но и синтезируются. Синтез липидов и углеводов осуществляется на эндоплазматической сети - ЭПС (рис. 5), а белков - на рибосомах. Что представляет собой ЭПС? Это система канальцев и цистерн, стенки которых образованы мембраной. Они пронизывают всю цитоплазму. По каналам ЭПС вещества перемещаются в разные части клетки.

Существует гладкая и шероховатая ЭПС. На поверхности гладкой ЭПС при участии ферментов синтезируются углеводы и липиды. Шероховатость ЭПС придают расположенные на ней мелкие округлые тельца - рибосомы (см. рис. 1), которые участвуют в синтезе белков.

Синтез органических веществ происходит и в пластидах , которые содержатся только в клетках растений.

Рис. 4. Схема строения митохондрии.
1.- внешняя мембрана; 2.- внутренняя мембрана; 3.- складки внутренней мембраны - кристы.

Рис. 5. Схема строения шероховатой ЭПС.

Рис. 6. Схема строения хлоропласта.
1.- наружная мембрана; 2.- внутрення мембрана; 3.- внутреннее содержимое хлоропласта; 4.- складки внутренней мембраны, собранные в "стопки" и образующие граны.

В бесцветных пластидах - лейкопластах (от греч. леукос - белый и пластос - созданный) накапливается крахмал. Очень богаты лейкопластами клубни картофеля. Желтую, оранжевую, красную окраску плодам и цветкам придают хромопласты (от греч. хрома - цвет и пластос ). В них синтезируются пигменты, участвующие в фотосинтезе, - каротиноиды . В жизни растений особенно велико значение хлоропластов (от греч. хлорос - зеленоватый и пластос ) - зеленых пластид. На рисунке 6 вы видите, что хлоропласты покрыты двумя мембранами: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана образует складки; между складками находятся пузырьки, уложенные в стопки, - граны . В гранах имеются молекулы хлорофилла, которые участвуют в фотосинтезе. В каждом хлоропласте около 50 гран, расположенных в шахматном порядке. Такое расположение обеспечивает максимальную освещенность каждой граны.

В цитоплазме белки, липиды, углеводы могут накапливаться в виде зерен, кристаллов, капелек. Эти включения - запасные питательные вещества, которые расходуются клеткой по мере необходимости.

В клетках растений часть запасных питательных веществ, а также продукты распада накапливаются в клеточном соке вакуолей (см. рис. 1). На их долю может приходиться до 90% объема растительной клетки. Животные клетки имеют временные вакуоли, занимающие не более 5% их объема.

Рис. 7. Схема строения комплекса Гольджи.

На рисунке 7 вы видите систему полостей, окруженных мембраной. Это комплекс Гольджи , который выполняет в клетке разнообразные функции: участвует в накоплении и транспортировке веществ, выведении их из клетки, формировании лизосом, клеточной оболочки. Например, в полости комплекса Гольджи поступают молекулы целлюлозы, которые при помощи пузырьков перемещаются на поверхность клетки и включаются в клеточную оболочку.

Большинство клеток размножается путем деления. В этом процессе участвует клеточный центр . Он состоит из двух центриолей, окруженных уплотненной цитоплазмой (см. рис. 1). В начале деления центриоли расходятся к полюсам клетки. От них расходятся белковые нити, которые соединяются с хромосомами и обеспечивают их равно мерное распределение между двумя дочерними клетками.

Все органоиды клетки тесно связаны между собой. Например, в рибосомах синтезируются молекулы белков, по каналам ЭПС они транспортируются к разным частям клетки, а в лизосомах белки разрушаются. Вновь синтезируемые молекулы используются на построение структур клетки или накапливаются в цитоплазме и вакуолях как запасные питательные вещества.

Клетка заполнена цитоплазмой. В цитоплазме располагаются ядро и разнообразные органоиды: лизосомы, митохондрии, пластиды, вакуоли, ЭПС, клеточный центр, комплекс Гольджи. Они различаются по своему строению и функциям. Все органоиды цитоплазмы взаимодействуют между собой, обеспечивая нормальное функционирование клетки.

Таблица 1. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

ОРГАНЕЛЛЫ	СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА	ФУНКЦИИ
Оболочка	Состоит из целлюлозы. Окружает растительные клетки. Имеет поры	Придает клетке прочность, поддерживает определенную форму, защищает. Является скелетом растений
Наружная клеточная мембрана	Двумембранная клеточная структура. Состоит из билипидного слоя и мозаично вкрапленных белков, снаружи располагаются углеводы. Обладает полупроницаемостью	Ограничивает живое содержимое клеток всех организмов. Обеспечивает избирательную проницаемость, защищает, регулирует водно-солевой баланс, обмен с внешней средой.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)	Одномембранная структура. Система канальцев, трубочек, цистерн. Пронизывает всю цитоплазму клетки. Гладкая ЭПС и гранулярная ЭПС с рибосомами	Делит клетку на отдельные отсеки, где происходят химические процессы. Обеспечивает сообщение и транспорт вещества в клетке. На гранулярной ЭПС идет синтез белка. На гладкой - синтез липидов
Аппарат Гольджи	Одномембранная структура. Система пузырьков, цистерн, в которой находятся продукты синтеза и распада	Обеспечивает упаковку и вынос веществ из клетки, образует первичные лизосомы
Лизосомы	Одномембранные шарообразные структуры клетки. Содержат гидролитические ферменты	Обеспечивают расщепление высокомолекулярных веществ, внутриклеточное переваривание
Рибосомы	Немембранные структуры грибовидной формы. Состоят из малой и большой субъединиц	Содержатся в ядре, цитоплазме и на гранулярной ЭПС. Участвует в биосинтезе белка.
Митохондрии	Двумембранные органеллы продолговатой формы. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует кристы. Заполнена матриксом. Имеются митохондриальные ДНК, РНК, рибосомы. Полуавтономная структура	Являются энергетическими станциями клеток. Обеспечивают дыхательный процесс - кислородное окислене органических веществ. Идет синтез АТФ
Пластиды Хлоропласты	Характерны для растительных клеток. Двумембранные, полуавтономные органеллы продолговатой формы. Внутри заполнены стромой, в которой располагаются граны. Граны образованы из мембранных структур - тилакоидов. Имеются ДНК, РНК, рибосомы	Протекает фотосинтез. На мембранах тилакоидов идут реакции световой фазы, в строме - темновой фазы. Синтез углеводов
Хромопласты	Двумембранные органеллы шаровидной формы. Содержат пигменты: красный, оранжевый, желтый. Образуются из хлоропластов	Придают окраску цветкам, плодам. Образуются осенью из хлоропластов, придают листьям желтую окраску
Лейкопласты	Двумембранные неокрашенные пластиды шарообразной формы. На свету могут переходить в хлоропласты	Запасают питательные вещества в виде крахмальных зерен
Клеточный центр	Немембранные структуры. Состоят их двух центриолей и центросферы	Образует веретено деления клетки, участвуют в делении. После деления клетки удваиваются
Вакуоль	Характерна для растительной клетки. Мембранная полость, заполнена клеточным соком	Регулирует осмотическое давление клетки. Накапливает питательные вещества и продукты жизнедеятельности клетки
Ядро	Главный компонент клетки. Окружено двухслойной пористой ядерной мембраной. Заполнено кариоплазмой. Содержит ДНК в виде хромосом (хроматина)	Регулирует все процессы в клетке. Обеспечивает передачу наследственной информации. Число хромосом постоянно для каждого вида. Обеспечивает репликацию ДНК и синтез РНК
Ядрышко	Темное образование в ядре, от кариоплазмы не отделено	Место образования рибосом
Органеллы движения. Реснички. Жгутики	Выросты цитоплазмы, окруженные мембраной	Обеспечивают движение клетки, удаление частичек пыли (мерцательный эпителий)

Важнейшая роль в жизнедеятельности и делении клеток грибов, растений и животных принадлежит ядру и находящимся в нем хромосомам. Большинство клеток этих организмов имеет одно ядро, но есть и многоядерные клетки, например мышечные. Ядро расположено в цитоплазме и имеет округлую или овальную форму. Оно покрыто оболочкой, состоящей из двух мембран. Ядерная оболочка имеет поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Ядро заполнено ядерным соком, в котором расположены ядрышки и хромосомы.

Ядрышки - это "мастерские по производству" рибосом, которые формируются из образуемых в ядре рибосомных РНК и синтезированных в цитоплазме белков.

Главная функция ядра - хранение и передача наследственной информации - связана с хромосомами . Каждый вид организма имеет свой набор хромосом: определенное их число, форму и размеры.

Все клетки тела, кроме половых, называются соматическими (от греч. сома - тело). Клетки организма одного вида содержат одинаковый набор хромосом. Например, у человека в каждой клетке тела содержится 46 хромосом, у плодовой мухи дрозофилы - 8 хромосом.

Соматические клетки, как правило, имеют двойной набор хромосом. Он называется диплоидным и обозначается 2n . Так, у человека 23 пары хромосом, то есть 2n = 46. В половых клетках содержится в два раза меньше хромосом. Это одинарный, или гаплоидный , набор. У человека 1n = 23.

Все хромосомы в соматических клетках, в отличие от хромосом в половых клетках, парные. Хромосомы, составляющие одну пару, идентичны друг другу. Парные хромосомы называют гомологичными . Хромосомы, которые относятся к разным парам и различаются по форме и размерам, называют негомологичными (рис. 8).

У некоторых видов число хромо сом может совпадать. Например, у клевера красного и гороха посевного 2n = 14. Однако хромосомы у них различаются по форме, размерам, нуклеотидному составу молекул ДНК.

Рис. 8. Набор хромосом в клетках дрозофилы.

Рис. 9. Строение хромосомы.

Чтобы понять роль хромосом в передаче наследственной информации, необходимо познакомиться с их строением и химическим составом.

Хромосомы неделящейся клетки имеют вид длинных тонких нитей. Каждая хромосома перед делением клетки состоит из двух одинаковых нитей - хроматид , которые соединяются между ласти перетяжки - (рис. 9).

Хромосомы состоят из ДНК и белков. Поскольку нуклеотидный состав ДНК различается у разных видов, состав хромосом уникален для каждого вида.

Каждая клетка, кроме бактериальной, имеет ядро, в котором находятся ядрышки и хромосомы. Для каждого вида характерен определенный набор хромосом: число, форма и размеры. В соматических клетках большинства организмов набор хромосом диплоидный, в половых - гаплоидный. Парные хромосомы называют гомологичными. Хромосомы состоят из ДНК и белков. Молекулы ДНК обеспечивают хранение и передачу наследственной информации от клетки к клетке и от организма к организму.

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

1. Рассказать, в каких случаях следует применять световой микроскоп (строение), трансмиссионный электронный микроскоп.
2. Описать структуру клеточной мембраны и пояснить связь между структурой мембраны и ее способностью осуществлять обмен веществами между клеткой и средой.
3. Дать определение процессам: диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, эндоцитоз, экзоцитоз и осмос. Указать различия между этими процессами.
4. Назвать функции структур и указать, в каких клетках (растительных, животных или прокариотических) они находятся: ядро, ядерная мембрана, нуклеоплазма, хромосомы, плазматическая мембрана, рибосома, митохондрия, клеточная стенка, хлоропласт, вакуоль, лизосома, эндоплазматическая сеть гладкая (агранулярная) и шероховатая (гранулярная), клеточный центр, аппарат Гольджи, ресничка, жгутик, мезосома, пили или фимбрии.
5. Назвать не менее трех признаков, по которым можно отличить растительную клетку от животной.
6. Перечислить важнейшие различия между прокариотической и эукариотической клеткой.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

• Тема 1. "Плазматическая мембрана." §1, §8 стр. 5;20
• Тема 2. "Клетка." §8-10 стр. 20-30
• Тема 3. "Прокариотическая клетка. Вирусы." §11 стр. 31-34

Несмотря на то что клетки могут различаться по форме и размеру, принадлежать разным тканям, все клетки обладают набором одинаковых структур. Например, внутри оболочки практически каждой клетки содержится ядро, окруженное цитоплазмой. Ядро и цитоплазма вместе называются протоплазмой.

Кроме того, все клетки размножаются практически одинаково - путем клеточного деления. Наиболее распространенный тип клеточного деления, проиллюстрированный ниже, называется митозом (непрямым делением). Во время митоза исходная клетка, называемая родительской (материнской) клеткой, делится на две дочерние клетки. Такой процесс, который у людей может занимать от нескольких минут до нескольких часов, заканчивается образованием точных копий исходной клетки.

Деление и размножение

Клеточные хромосомы содержат генетический материал - молекулы, определяющие структуру и функции клетки. Когда клетка делится путем митоза, генетический материал в точности воспроизводится в дочерних клетках. Иллюстрации под текстом показывают поведение четырех хромосом (в действительности в человеческой клетке насчитывается 46 хромосом) во время деления.

1. Центриоли удваиваются в процессе дупликации, когда хроматиды ядра видоизменяются, становясь обособленными хромосомами.

2. Центриоли расходятся и формируют веретенообразные структуры.

3. Когда ядро исчезает, хромосомы выстраиваются в линию.

4. Для образования новых хромосом каждая хромосома делится на две части.

5. Миграция хромосом завершена, и цитоплазма начинает стягиваться в средней части клетки.

6. В каждой из двух дочерних клеток формируется новое ядро.

Анатомия клетки

Хроматин. Это вещество содержит генетический материал.

Цитоплазма. Эта однородная внутриклеточная жидкость является протоплазмой, находящейся за пределами ядра.

Клеточный каркас. Поддерживает структурную целостность клетки.

Аппарат Гольджи. Выделяемые клеткой особые вещества, собранные вместе в аппарат (комплекс) Гольджи.

Липидная капелька. Жировые частицы, объединившиеся в образование каплевидной формы.

Лизосома. Эта структура содержит пищеварительные ферменты, которые расщепляют сложные частицы и растворяют ненужные части клеток.

Микроворсины. Выдаваясь из клетки, эти выступы увеличивают площадь ее поверхности и способность к абсорбированию веществ.

Митохондрия. Эта микроскопическая структура является энергоузлом, вырабатывающим энергию для поддержания жизни клетки.

Ядрышко. Эта сфера, расположенная внутри ядра, содержит РНК, которая жизненно важна для производства белков.

Ядро. Ядро содержит хромосомы, координирует все клеточные функции и служит в качестве дупликационной фабрики.

Рибосома. Эта мельчайшая частица вырабатывает в клетке белок.

Гранулярная эндоплазматическая сеть. Образует сеть каналов, к которым крепятся рибосомы, придающие ей зернистую структуру-

Агранулярная эндоплазматическая сеть. Эта разветвленная сеть полостей в цитоплазме вырабатывает липиды и переносит вещества внутри клетки.

Событие:
1)исчезает веретено деления, образуются ядерные оболочки
2)клетка синтезирует органеллы и увеличивается в размерах
3)хроматиды расходятся к полюсам клетки
4)центриоли расходятся к полюсам клетки, появляется веретено деления
5)хромосомы располагаются по экватору клетки, прикрепляются к нитям веретена деления
Фазы деления:
А) интерфаза
В)профаза
С)метафаза
D)анафаза
E)телофаза

ПОЖАЛУЙСТА ПОМОГИТЕ, ЗАВТРА УЖЕ ЗАЧЕТ ПО ВОПРОСАМ. ЖДУ ПОМОЩИ. Заранее большушее спасибо!! 1. Когда каждая хромосома состоит только из одной

хроматиды? 2. Какие органеллы имеют мембрану? 3. Какие органеллы клетки участвуют в биосинтезе белка? 4. Где располагается кодон? 5. Что заставляет хроматиды и хромосомы двигаться от экваториальной плоскости к полюсам клетки? 6. В какой фазе клетки хромосомы раскручены и невидимы? 7. В какой фазе клетки удваивается масса ДНК в ядре? 8. Что является источником энергии при делении клетки? 9. Какое вещество является носителем наследственной информации организма? 10. какие вещества содержатся в ядерном соке? 11. при каком способе деления происходит равномерное распределение хромосом между дочерними клетками? 12. Какой набор хромосом содержит сперматозоид? 13. Каким образом попадают в клетку жидкие вещества? 14. Благодаря какому процессу происходит использование солнечного света для синтеза органических соединений из неорганических? 1. Из молекул каких веществ состоит мембрана клетки? 2. Какие органеллы находятся в цитоплазме? 3. какие химические соединения входят в ядро? 4. из каких веществ состоит хромосома? 5. Из каких веществ состоит хромосома? 6. В каких фазах хромосомы спирализованы? 7. Какой набор хромосом содержит одна клетка кожи? 8. при каком способе деления клетки отсутствует веретено деления? 9. При каком способе деления происходит неравномерное распределение наследственной информации между двумя дочерними клетками? 10. какой процесс приводит клетку к синтезу строительного материала для самоудвоения каждой хромосомы? 11. С какими органеллами клетки связан кислородный этап энергетического обмена? 12. каким образом в клетку попадают молекулы твердых пищевых веществ? 13. Назовите органеллы клетки, с которыми связан процесс фотосинтеза? 14. В какой фазе хроматиды отделяются и становятся самостоятельными?

А1. Фаза жизни клетки, в течение которой происходит подготовка к делению, именуется:1) профазой 2) телофазой 3) анафазой 4) интерфазой

А2. Вегетативное размножение - способ размножения:1) полового 2) бесполого 3) спорового 4) партеногенезом
А3. Процесс индивидуального развития с момента слияния половых клеток до конца жизни, называется:1) Старение 2) Онтогенез 3) Овогенез 4) Все ответы верны
А4. Перекрёст хромосом происходит в процессе:1) митоза 2) мейоза 3) репликации ДНК 4) транскрипции
А5. В результате мейоза количество хромосом в образовавшихся ядрах:1) удваивается 2) уменьшается вдвое 3) остается прежним 4) утраивается
А6. Клеточным циклом называется период:1)жизни клетки в течение интерфазы 2)от профазы до телофазы3)деления клетки 4)от возникновения клетки до ее деления или смерти
А7. Какие клетки образуются в результате митоза?1)2 гаплоидные клетки 3) 4 диплоидные клетки 2) 4 гаплоидные клетки 4) 2 диплоидные клетки
А8. При митозе деление цитоплазмы происходит в:1) интерфазе 2) профазе 3) метафазе 4) телофазе
А9. Дочерний организм в большей степени отличается от родительских организмов при размножении:1) вегетативном 2) при помощи спор 3) половом 4) почкованием
А10. Почкование - пример размножения:1) бесполого 2) полового 3) спорового 4) вегетативного