Появление в научной среде в середине XIX века клеточной теории, авторами которой являлись Шлейден и Шванн, стало настоящей революцией в развитии всех без исключения направлений биологии.

Еще один творец клеточной теории, Р. Вирхов, известен таким афоризмом: «Шванн стоял на плечах Шлейдена». Великий русский физиолог Иван Павлов, имя которого известно всем, сравнивал науку со стройкой, где все взаимосвязано и для всего имеются свои предшествующие события. «Постройку» клеточной теории разделяют с официальными авторами все ученые-предшественники. На чьих же плечах стояли они?

Начало

Создание теории о клетке началось около 350 лет назад. Известный английский ученый Роберт Гук в 1665 году изобрел прибор, который назвал микроскопом. Игрушка так его занимала, что он рассматривал все, что попадалось под руку. Результатом его увлечения стала книга «Микрография». Гук написал ее, после чего увлеченно начал заниматься совсем другими исследованиями, а про свой микроскоп совсем забыл.

Но именно запись в его книге под №18 (он описал ячейки обычной пробки и назвал их клетками - англ. cells) прославила его как первооткрывателя клеточного строения всего живого.

Роберт Гук забросил увлечение микроскопом, но его подхватили ученые с мировыми именами - Марчелло Мальпиги, Антони ван Левенгук, Каспар Фридрих Вольф, Ян Эвангелиста Пуркинье, Роберт Броун и другие.

Усовершенствованная модель микроскопа дает возможность французу Шарлю-Франсуа Бриссо де Мирбелю сделать вывод, что все растения образованы из специализированных клеток, объединенных в ткани. А Жан Батист Ламарк переносит идею о тканном строении и на организмы животного происхождения.

Маттиас Шлейден

Маттиас Якоб Шлейден (1804-1881) в двадцать шесть лет обрадовал семью тем, что бросил перспективную адвокатскую практику и пошел учиться на медицинский факультет того же Геттинского университета, в котором получил образование юриста.

Сделал он это не зря - в 35 лет Маттиас Шлейден становится профессором Йенского университета, изучает ботанику и физиологию растений. Его цель - узнать, как образуются новые клетки. В своих работах он правильно определил главенство ядра в образовании новых клеток, но заблуждался на счет механизмах процесса и отсутствия сходства клеток растений и животных.

После пяти лет трудов он пишет статью под названием «К вопросу о растениях», доказывая клеточное строение всех частей растений. Рецензентом статьи, кстати, был физиолог Иоганн Мюллер, ассистентом которого в то время трудится будущий автор клеточной теории Т. Шванн.

Теодор Шванн

Шванн (1810-1882) с детства мечтал стать священником. В Боннский университет он пошел учиться на философа, выбрав эту специализацию как более близкую к будущей карьере священнослужителя.

Но юношеский интерес к наукам естественным победил. Теодор Шванн окончил университет на медицинском факультете. Всего пять лет он проработал ассистентом физиолога И. Мюллера, но за эти годы он сделал такое количество открытий, что хватило бы нескольким ученым. Достаточно сказать, что в желудочном соке он обнаружил пепсин, в нервных окончаниях - специфическую оболочку волокна. Начинающий исследователь заново открыл дрожжевые грибы и доказал их причастность к процессам брожения.

Друзья и соратники

Научный мир Германии того времени не мог не познакомить будущих соратников. Оба вспоминали встречу за ланчем в маленьком ресторанчике в 1838 году. Шлейден и Шванн непринужденно обсуждали текущие дела. Шлейден рассказал о наличии ядер в клетках растений и его способе рассмотреть клетки с помощью микроскопического оборудования.

Это сообщение перевернуло жизнь обоих - Шлейден и Шванн становятся друзьями и много общаются. Уже через год упорного изучения животных клеток появляется труд «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений»(1839). Теодор Шванн сумел увидеть сходство в строении и развитии элементарных единиц животного и растительного происхождения. А главный вывод - жизнь находится в клетке!

Именно этот постулат вошел в биологию как клеточная теория Шлейдена и Шванна.

Революция в биологии

Как и фундамент постройки, открытие клеточной теории Шлейдена и Шванна запустило цепную реакцию открытий. Гистология, цитология, патологическая анатомия, физиология, биохимия, эмбриология, эволюционные учения - все науки начали активно развиваться, обнаруживая новые механизмы взаимодействия в живой системе. Немец, как Шлейден и Шванн, основатель патанатомии Рудольф Вирхов в 1858 году дополняет теорию положением «Всякая клетка от клетки» (на латинском - Omnis cellula е cellula).

А россиянин И. Чистяков (1874) и поляк Э. Стразбургер (1875) открывают митотическое (вегетативное, не половое) деление клеток.

Из всех этих открытий, как из кирпичиков, строится клеточная теория Шванна и Шлейдена, основные постулаты которой неизменны и сегодня.

Современная клеточная теория

Хотя за сто восемьдесят лет с того времени, когда Шлейден и Шванн формулировали свои постулаты, получены экспериментальные и теоретические знания, заметно расширившие границы познаний о клетке, основные положения теории почти такие же и выглядят вкратце следующим образом:

• Единицей всего живого является клетка - самообновляющаяся, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся (тезис единства происхождения всех живых организмов).
• Все организмы на планете имеют схожее строение клеток, химический состав и процессы жизнедеятельности (тезис гомологичности, единства происхождения всего живого на планете).
• Клетка - это система биополимеров, способная воспроизводить себе подобное из не подобного себе (тезис основного свойства жизни как определяющего фактора).
• Самовоспроизведение клеток осуществляется путем деления материнской (тезис наследственности и преемственности).
• Многоклеточные организмы формируются из специализированных клеток, образующих ткани, органы, системы, которые находятся в тесной взаимосвязи и взаимной регуляции (тезис организма как системы с тесными межклеточными, гуморальными, нервными взаимосвязями).
• Клетки морфологически и функционально разнообразны и приобретают специализацию в многоклеточных организмах в результате дифференциации (тезис о тотипотентности, о генетической равнозначности клеток многоклеточной системы).

Окончание "строительства"

Прошли годы, в арсенале биологов появился электронный микроскоп, исследователи подробно изучили митоз и мейоз клеток, строение и роль органелл, биохимию клетки и даже расшифровали ДНК-молекулу. Немецкие ученые Шлейден и Шванн вместе со своей теорией стали опорой и фундаментом для последующих открытий. Но совершенно точно можно сказать, что система знаний о клетке еще не окончена. И каждое новое открытие, кирпичик к кирпичику, продвигает человечество к познанию организации всего живого на нашей планете.

(Ответы в конце теста)

А1. Какая наука классифицирует организмы на основе их родства?

1) экология

2) систематика

3) морфология

4) палеонтология

А2. Какую теорию сформулировали немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн?

1) эволюции

2) хромосомную

3) клеточную

4) онтогенеза

А3. Запасным углеводом в животной клетке является

1) крахмал

2) гликоген

4) целлюлоза

А4. Сколько хромосом в половых клетках плодовой мухи дрозофилы, если в её соматических клетках содержится 8 хромосом?

А5. Встраивание своей нуклеиновой кислоты в ДНК клетки-хозяина осуществляют

1) бактериофаги

2) хемотрофы

3) автотрофы

4) цианобактерии

А6. Половое размножение организмов эволюционно более прогрессивно, так как оно

1) способствует их широкому распространению в природе

2) обеспечивает быстрое увеличение численности

3) способствует появлению большого разнообразия генотипов

4) сохраняет генетическую стабильность вида

А7. Как называют особей, образующих один сорт гамет и не дающих расщепления признаков в потомстве?

1) мутантными

2) гетерозисными

3) гетерозиготными

4) гомозиготными

А8. Как обозначаются генотипы особей при дигибридном скрещивании?

А9. Все листья одного растения имеют одинаковый генотип, но могут различаться по

1) числу хромосом

2) фенотипу

3) генофонду

4) генетическому коду

А10. Какие бактерии улучшают азотное питание растений?

1) брожения

2) клубеньковые

3) уксуснокислые

А11. Подземный побег отличается от корня наличием у него

2) зоны роста

3) сосудов

А12. Растения отдела покрытосеменных, в отличие от голосеменных,

1) имеют корень, стебель, листья

2) имеют цветок и плод

3) размножаются семенами

4) выделяют в атмосферу кислород в процессе фотосинтеза

А13. У птиц, в отличие от пресмыкающихся,

1) непостоянная температура тела

2) покров из рогового вещества

3) постоянная температура тела

4) размножение яйцами

А14. Какая группа тканей обладает свойствами возбудимости и сократимости?

1) мышечная

2) эпителиальная

3) нервная

4) соединительная

А15. Основная функция почек у млекопитающих животных и человека – удаление из организма

2) лишнего сахара

3) продуктов обмена веществ

4) непеpеваpенных остатков

А16. Фагоциты человека способны

1) захватывать чужеродные тела

2) вырабатывать гемоглобин

3) участвовать в свёртывании крови

4) переносить антигены

А17. Пучки длинных отростков нейронов, покрытые соединительнотканной оболочкой и расположенные вне центральной нервной системы, образуют

2) мозжечок

3) спинной мозг

4) кору больших полушарий

А18. Какой витамин следует включить в рацион человека, чтобы не заболеть цингой?

А19. К какому критерию вида следует отнести область распространения в тундре северного оленя?

1) экологическому

2) генетическому

3) морфологическому

4) географическому

А20. Примером межвидовой борьбы за существование служат отношения между

1) взрослой лягушкой и головастиком

2) бабочкой капустницей и ее гусеницей

3) дроздом певчим и дроздом рябинником

4) волками одной стаи

А21. Ярусное расположение растений в лесу служит приспособлением к

1) перекрестному опылению

2) защите от ветра

3) использованию энергии света

4) уменьшению испарения воды

А22. Какой из факторов эволюции человека имеет социальную природу?

1) членораздельная речь

2) изменчивость

3) естественный отбор

4) наследственность

А23. Каков характер взаимоотношений организмов разных видов, нуждающихся в одинаковых пищевых ресурсах?

1) хищник – жертва

3) конкуренция

4) взаимопомощь

А24. В биогеоценозе заливного луга к редуцентам относят

1) злаки, осоки

2) бактерии и грибы

3) мышевидных грызунов

4) растительноядных насекомых

А25. К глобальным изменениям в биосфере может привести

1) увеличение численности отдельных видов

2) опустынивание территорий

3) выпадение обильных осадков

4) смена одного сообщества другим

А26. Какой процент нуклеотидов с цитозином содержит ДНК, если доля её адениновых нуклеотидов составляет 10% от общего числа?

А27. Выберите правильную последовательность передачи информации в процессе синтеза белка в клетке.

1) ДНК → информационная РНК → белок

2) ДНК → транспортная РНК → белок

3) рибосомальная РНК → транспортная РНК → белок

4) рибосомальная РНК → ДНК → транспортная РНК → белок

А28. При дигибридном скрещивании и независимом наследовании признаков у родителей с генотипами ААBb и aabb в потомстве наблюдается расщепление в соотношении

А29. В селекции растений чистые линии получают путем

1) перекрестного опыления

2) самоопыления

3) экспериментального мутагенеза

4) межвидовой гибридизации

А30. Пресмыкающихся считают настоящими наземными позвоночными животными, так как они

1) дышат атмосферным кислородом

2) размножаются на суше

3) откладывают яйца

4) имеют легкие

А31. Углеводы в организме человека откладываются в запас в

1) печени и мышцах

2) подкожной клетчатке

3) поджелудочной железе

4) стенках кишечника

А32. Отделение слюны, возникающее при раздражении рецепторов ротовой полости, − это рефлекс

1) условный, требующий подкрепления

2) безусловный, передающийся по наследству

3) возникший в течение жизни человека и животного

4) индивидуальный для каждого человека

А33. Среди перечисленных примеров ароморфозом является

1) плоская форма тела у ската

2) покровительственная окраска у кузнечика

3) четырёхкамерное сердце у птиц

А34. Биосфера – открытая экосистема, так как она

1) состоит из множества разнообразных экосистем

2) оказывается под влиянием антропогенного фактора

3) включает все сферы земли

4) постоянно использует солнечную энергию

Ответом к заданиям этой части (В1–В8) является последовательность букв или цифр.

В заданиях В1–В3 выберите три верных ответа из шести, выбранные цифры запишите в таблицу.

В1. Биологическое значение мейоза заключается в

1) предотвращении удвоения числа хромосом в новом поколении

2) образовании мужских и женских гамет

3) образовании соматических клеток

4) создании возможностей возникновения новых генных комбинаций

5) увеличении числа клеток в организме

6) кратном увеличении набора хромосом

В2. Какова роль поджелудочной железы в организме человека?

1) участвует в иммунных реакциях

2) образует клетки крови

3) является железой смешанной секреции

4) образует гормоны

5) выделяет желчь

6) выделяет пищеварительные ферменты

В3. К факторам эволюции относят

1) кроссинговер

2) мутационный процесс

3) модификационную изменчивость

4) изоляцию

5) многообразие видов

6) естественный отбор

При выполнении заданий В4−В6 установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Впишите в таблицу цифры выбранных ответов.

В4. Установите соответствие между признаком растения и отделом, для которого он характерен.

В5. Установите соответствие между особенностью строения и функции головного мозга человека и его отделом.

В6. Установите соответствие между характером мутации и её видом.

При выполнении заданий В7–В8 установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий. Запишите в таблицу буквы выбранных ответов.

В7. Установите последовательность процессов, происходящих в интерфазной клетке.

А) на одной из цепей ДНК синтезируется иРНК

Б) участок молекулы ДНК под воздействием ферментов расщепляется на две цепи

В) иРНК перемещается в цитоплазму

Г) на иРНК, служащей матрицей, происходит синтез белка

В8. Установите, в какой хронологической последовательности появились на Земле основные группы растений.

А) зеленые водоросли
Б) хвощевидные
В) семенные папоротники
Г) риниофиты
Д) голосеменные

Клеточная теория, одно из наиболее важных обобщений в биологии, была сформулирована в 1839 г. немецкими учеными — зоологом Теодором Шванном и ботаником Маттиасом Шлейденом.

Появлению клеточной теории предшествовал довольно долгий период накопления данных о строении живых существ. История изучения клеток напрямую связана с изобретением микроскопа и совершенствованием оптической техники. Одним из тех, кто придумал этот инструмент, был великий Галилео Галилей (1610 г.). Первые же микроскопы появились на рубеже XVI-XVII вв.

Английский ученый Роберт Гук в своей книге «Микрография» (1667 г.) впервые описал клеточную структуру растительных тканей. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы пробки, сердцевины бузины и т. п., Р. Гук отметил ячеистое строение тканей растений и назвал эти ячейки клетками (рис. 1).

Важнейшие открытия были сделаны в XVII в. и голландским ученым-самоучкой Антоном ван Левенгуком. Он описал одноклеточные организмы (инфузории) и клетки животных (эритроциты, сперматозоиды).

Работы Р. Гука и А. Левенгука послужили толчком для систематических микроскопических исследований различных живых организмов. Уже в XIX в. были выявлены различные внутриклеточные компоненты: ядро (Р. Броун,1831 г.), протоплазма (Я. Пуркинье,1837 г.), хромосомы (В. Флемминг,1880 г.), митохондрии (К. Бенуа, 1894 г.) аппарат Гольджи (К. Гольджи,1898 г.).

Новый этап в изучении тонкого строения клеток начался с момента изобретения электронного микроскопа (1938 г.). Данный инструмент позволяет исследовать строение мельчайших внутриклеточных компонентов и в сочетании с биохимическими и молекулярно-биологическими методами определять их функции.
Основное значение теории Т. Шванна и М. Шлейдена заключается в том, что они показали принципиальное сходство клеток растений и животных. Это положение явилось важнейшим доказательством единства живой природы. Столь же значимо и представление о самостоятельной жизнедеятельности каждой отдельной клетки.

Современная наука подтверждает основные положения теории Т. Шванна и М. Шлейдена. Действительно, все известные живые организмы состоят из клеток (о вирусах мы уже говорили в главе 2), т. е. клетка выступает структурной единицей живого. На клеточном уровне мы обнаруживаем проявление таких фундаментальных свойств живого, как способность к самовоспроизведению, обмен веществ, наследственность и изменчивость, раздражимость и движение, индивидуальное развитие. Следовательно, клетка это и функциональная единица живого.

В работах Р. Вирхова (1855-1858 гг.) был сформулирован тезис «всякая клетка от клетки», т. е. речь идет об образовании новых клеток путем деления исходной (материнской). Сегодня это признано как биологический закон (нет иных путей образования клеток и увеличения их числа).

Обобщая все изложенное выше, сформулируем основные положения клеточной теории:
Клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, является наименьшей структурной единицей живого.

Клетки всех организмов (как одно-, так и многоклеточных) сходны по химическому составу, строению, основным проявлениям обмена веществ и жизнедеятельности.
Размножение клеток происходит путем их деления (каждая новая клетка образуется при делении материнской клетки);

Значение клеточной теории

Cтало ясно, что клетка — важнейшая составляющая часть живых организмов, их главный морфофизиологический компонент. Клетка — это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира.

Теодор Шванн Маттиас Шлейден

В 1838 - 1839 гг. два немецких ученых - ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн, собрали все доступные им сведения и наблюдения в единую теорию, утверждавшую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.

Спустя примерно 20 лет после провозглашения Шлейденом и Шванном клеточной теории другой немецкий ученый - врач Р. Вирхов сделал очень важное обобщение: клетка может возникнуть только из предшествующей клетки. Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки и этой клеткой является зигота.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

Размножение клеток происходит путем их деления, т.е. каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Положения о генетической непрерывности относятся не только к клетке в целом, но и к некоторым из ее более мелких компонентов - к генам и хромосомам, а также к генетическому механизму, обеспечивающему передачу вещества наследственности следующему поколению,

В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой им функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

3 Типы существующих клеток и их общая структура.

Все клетки делят на две общие группы: -- одну группу составляют бактерии и цианобактерии, которых называют доядерными (прокариотическими), так как у них нет оформленного ядра и некоторых других органоидов; -- другую группу (их большинство) составляютэукариоты , клетки которых содержат ядра и различные органоиды, выполняющие специфические функции. (см. Классификацию живых организмов по Маргелису и Шварцу (Рисунок 2)

Прокариотическая клетка - самая простая и, судя по данным палеонтологической летописи, это, вероятно, первая клетка, возникшая 3-3,5 млрд лет тому назад. Она имеет малые размеры (например, клетки микоплазмы достигают 0,10-0,25 мкм).

Эукариотическая клетка организована гораздо сложнее прокариотической. Из эукариотических клеток в данном курсе изучаются животная и растительная клетки,клетка плесени и клетка дрожжей. Представителями прокариотов является бактериальная клетка.

Таблица 1. Сопоставление некоторых черт прокариотной и эукариотной клеточной организации

Клетка эукариотов состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: плазматической мембраны (плазмалеммы), цитоплазмы и ядра. У растительной клетки поверх мембраны имеется наружная стенка из целлюлозы и других материалов, выполняющих важную роль, которая представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток, пропускает воду, соли, молекулы многих органических веществ. У большинства клеток (особенно животных) наружная сторона мембраны покрыта слоем полисахаридов и гликопротеидов (гликокаликс). Гликокаликс - очень тонкий, эластичный слой (в световой микроскоп не виден). Он, как и целлюлозная стенка растений, осуществляет прежде всего функцию непосредственной связи клеток с внешней средой, однако, он не обладает опорной функцией, как у стенки растительной клетки. Отдельные участки мембраны и гликокаликса могут дифференцироваться и превращаться в микроворсинки (обычно на поверхности клетки, которая контактирует с окружающей средой), межклеточные соединения и связи, находящиеся между клетками ткани и имеющими различную структуру. Одни из них играют механическую роль (межкле-точные соединения), а другие участвуют в межклеточных обменных процессах, изменяя электрический потенциал мембраны. Итак, каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра, снаружи она покрыта мембраной (плазмолеммой), разграничивающей одну клетку от соседних. Пространство между мембранами соседних клеток заполнено жидким межклеточным веществом.

Между клетками растений и животных нет принципи­альных различий по структуре и функциям. Некоторые отличия касаются лишь строения их мембран, клеточных стенок и отдельных органелл. На рисунке можно легко обнаружить отличия животной и растительной клеток

Как бы ни были сходны животная и растительная клетки –между ними имеются значительные отличия. Основным отличием является отсутствие в растительной клетке клеточного центра с центриолями, который имеется в животной клетке и вакуолей с водой, которые занимают Существенным отличием названных клеток является присутствие в растительной клетке хлоропластов, которые обеспечивают фотосинтез растений и другие функции.

достаточно большое пространство в клетке и обеспечивают этим тургор растений.

Рисунок 25 – Отличия животной и растительной клетки

В таблице 2 представлены отличительные признаки растительных и животных клеток.

4 Строение биологических мембран.

Основной компонент мембран – фосфолипиды - образуются при присоединении к глицерину вместо третьей жирной кислоты – фосфорной кислоты

Рисунок 3 – Липид (схематичное изображение)

Жирные кислоты представляют из себя длинную или короткую цепочку из атомов углерода и водорода, иногда содержащие двойные связи. Они обладают выраженными гидрофобными свойствами.

Рисунок 4 - Схема жирных кислот

Фосфолипиды, являясь по своей химической структуре сложным эфиром многоатомных спиртов с жирными кислотами содержат в качестве добавочных структурных элементов остаток фосфорной кислоты и гидрофильное основание. Головка фосфолипида, включая кроме остатка спирта -глицерида, остаток фосфорной кислоты и основание, обладает выраженными гидрофильными свойствами.

В силу выраженной полярности, фосфолипиды в воде образуют структуру, представленную на рисунке 5.

Рисунок 5 - Капля жира в воде (А) и фосфолипидный бислой мембран (В)

Липиды и белки. В основе мембраны лежит двойной слой липидов и фосфолипидов. Хвосты молекул обращены в двойном слое друг к другу, а полярные головки остаются снаружи, образуя гидрофильные поверхности.

Молекулы белков не образуют сплошного слоя, (рисунок 6) они располагаются в слое липидов, погружаясь на разную глубину (есть периферические белки, часть белков пронизывает мембрану насквозь, часть погружена в слой липидов) и выполняя различные функции. Молекулы белков и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны.

Гликолипиды и холестерол. В мембранах содержатся также гликолипиды и холестерол. Гликолипиды - это липиды с присоединенными к ним углеводами. Как и у фосфолипидов, у гликолипидов имеются полярные головы и неполярные хвосты. Холестерол близок к липидам; в его молекуле также имеется полярная часть.

Гидрофильная головка фосфолипида

Гидрофобный хвост фосфолипида

Рисунок 6 - Схема фосфолипидного слоя мембраны с встроенными белками.

В 1972 г. Сингер и Николсон предложилижидкостно-мозаичную модель мембраны (рисунок 7), согласно которой белковые молекулы плавают в жидком фосфолипидном бислое. Они образуют в нем как бы своеобразную мозаику, но поскольку бислой этот жидкий, то и сам мозаичный узор не жестко фиксирован; белки могут менять в нем свое положение. Покрывающая клетку тонкая мембрана напоминает пленку мыльного пузыря - она тоже все время «переливается». Ниже суммированы известные данные, касающиеся строения и свойств клеточных мембран.

Рисунок 7 - А. Трехмерное изображение жидкостно-мозаичной модели мембраны. Б. Плосткостное изображение. Гликопротеины и гликолипиды связаны только с наружной поверхностью мембраны.

1. Толщина мембран составляет около 7 нм.

2. Основная структура мембраны - фосфолипидный бислой.

3. Гидрофильные головы фосфолипидных молекул обращены наружу - в сторону водного содержимого клетки и в сторону наружной водной среды.

4. Гидрофобные хвосты обращены внутрь - они образуют гидрофобную внутреннюю часть бислоя.

5. Фосфолипиды находятся в жидком состоянии и быстро диффундируют внутри бислоя.

6. Жирные кислоты, образующие хвосты фосфолипидных молекул, бывают насы­щенными и ненасыщенными. В ненасыщенных кислотах имеются изломы, что делает упаковку бислоя более рыхлой. Следовательно, чем больше степень ненасыщенности, тем более жидкую консистенцию имеет мембрана.

7. Большая часть белков плавает в жидком фосфолипидном бислое, образуя в нем своеобразную мозаику, постоянно меняющую свой узор.

8. Белки сохраняют связь с мембраной, поскольку в них есть участки, состоящие из гидрофобных аминокислот, взаимодействующих с гидрофобными хвостами фосфолипидов: то есть – они склеиваются, а вода из этих мест выталкивается. Другие участки белков гидрофильны. Они обращены либо к окружению клетки, либо к ее содержимому, т. е. к водной среде.

9. Некоторые мембранные белки лишь частично погружены в фосфолипидный бислой, тогда как другие пронизывают его насквозь.

10. К некоторым белкам и липидам присоединены разветвленные олигосахаридные цепочки, играющие роль антенн. Такие соединения называются соответственно гликопротеинами и гликолипидами.

11. В мембранах содержится также холестерол. Подобно ненасыщенным жирным кислотам он нарушает плотную упаковку фосфолипидов и делает их более жидкими. Это важно для организмов, живущих в холодной среде, где мембраны могли бы затвердевать. Холестерол делает мембраны также более гибкими и вместе с тем более прочными. Без него они бы легко разрывались.

12. Две стороны мембраны, наружная и внутренняя, различаются и по составу, и по функциям.

Фосфолипидный бислой, как уже было сказано, составляет основу структуры мембраны. Он также ограничивает проникновение полярных молекул и ионов в клетку и выход их из нее. Ряд функций выполняют и другие компоненты мембран.

5 Функции биологических мембран. Транспорт через мембрану

Мембранные структуры являются «ареной» важнейших жизненных процессов, причем двухслойное строение мембранной системы значительно увеличивает площадь «арены». Кроме того, мембранные структуры обеспечивают отделение клеток от окружающей среды. Помимо мембран общего назначения в клетках существуют внутренние мембраны, которые ограничивают клеточные органеллы.

Регулируя обмен между клеткой и средой, мембраны обладают рецепторами, которые воспринимают внешние стимулы. В частности, примерами восприятия внешних стимулов являются восприятие света, движение бактерий к источнику пищи, ответ клеток-мишеней на гормоны, например, на инсулин. Некоторые из мембран одновременно сами генерируют сигналы (химические и электрические). Замечательной особенностью мембран является то, что на них происходит превращение энергии. В частности, на внутренних мембранах хлоропластов происходит фотосинтез, а на внутренних мембранах митохондрий осуществляется окислительное фосфорилирование .

Компоненты мембран находятся в движении. Построенным, главным образом из белков и липидов, мембранам присущи различные перестройки, что определяет раздражимость клеток – важнейшее свойство живого.

С конца прошлого века известно, что клеточные мембраны ведут себя не так, как полупроницаемые мембраны, способные пропускать лишь воду и другие малые молекулы, например молекулы газов. Клеточные мембраны обладаютизбирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жир­ные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны активно регулируют этот процесс - одни вещества пропускают, а другие нет.

В середине XIX века была сформирована клеточная теория Шванна и Шлейдена. Немецкие биологи доказали, что клетка является основой живого организма, а вне клетки жизнь существовать не может.

История

Открытие клетки в 1665 году Робертом Гуком положило начало изучению микромира. В 1670-е годы натуралисты Марчелло Мальпиги и Неемия Грю описали найденные в растениях «мешочки или пузырьки».

Нидерландский натуралист Антони ван Левенгук проектировал и усовершенствовал микроскопы и, начиная с 1673 года, публиковал зарисовки простейших, бактерий, сперматозоидов, эритроцитов.

Микроскопы XVII-XVIII веков могли дать только общее представление о клетке. Однако этого было достаточно, чтобы заложить основу новой науки - цитологии.

Дальнейшая история изучения клетки связана с развитием не только биологических наук, но и новых технологий, помогавших подробно изучать строение и поведение клетки. Настоящее признание цитологии произошло в начале XIX века.
Несколько значимых дат на пути формирования клеточной теории:

• 1825 год - физиолог Ян Пуркине обнаруживает ядро в курином яйце;
• 1828 год - биолог Карл Бэр открыл и описал яйцеклетку человека как источник развития новой жизни;
• 1830 год - ботаник Франц Мейен описывает клетку как обособленную структуру, в которой протекает обмен веществ;
• 1831 год - ботаник Роберт Броун подробно описал ядро и установил, что оно является обязательной частью любой клетки;
• 1838 год - ботаник Маттиас Шлейден выявил, что все растительные ткани состоят из клеток;
• 1839 год - биолог Теодор Шванн установил, что организмы состоят из клеток, которые схожи по строению;
• 1855 год - врач Рудольф Вирхов определил, что клетки делятся.

Автором клеточной теории считается Шванн. Под влиянием работ Шлейдена (поэтому он считается соавтором) сформулировал основные положения клеточной теории, которые справедливы до сих пор. К концу XIX века были открыты митоз и мейоз, а клеточная теория, получившая научное признание, была дополнена.

ТОП-2 статьи которые читают вместе с этой

Рис. 1. Теодор Шванн.

Несмотря на то, что Шлейден - вдохновитель Шванна, он выдвинул ошибочную теорию о том, что новая клетка появляется из ядра. Также Шлейден не признавал соответствия растительных и животных клеток.

Положения

Главное положение клеточной теории - все живые существа состоят из похожих клеток. С развитием науки положения Шванна дополнились, и сформировалась современная клеточная теория:

• клетки - морфологическая и функциональная единица строения организмов (исключение - вирусы);
• все клетки сходны (гомологичны) по строению и химическому составу;
• клетки способны к метаболизму и саморегуляции за счёт работы органоидов;
• клетки делятся исключительно делением;
• клетки многоклеточных организмов специализированы по выполняемым функциям и объединены в ткани и органы.

Рис. 2. Клетки растений, бактерий, животных.

Вирусы относятся к неклеточной форме жизни. Однако свойства живых организмов проявляются после проникновения в клетку.

Значение

Положения клеточной теории имеют большое значение для эволюционного учения. Клетка, как структурная единица всего живого, объединяет биосферу и подтверждает единое происхождение живых существ.

Значение создания клеточной теории важно для развития медицины, селекции, генетики и образования новых наук:

• биохимии;
• молекулярной биологии;
• биофизики;
• биоэтики;
• биоинформатики.

Современные методы цитологии позволяют рассматривать срез ресничек простейших, следить за процессами, происходящими в клетке, создавать модели органелл и молекул.

4.5 . Всего получено оценок: 118.