Формированию современных представлений о клетке предшествовали события, связанные с созданием и усовершенствованием оптических устройств, позволяющих рассматривать и изучать клетки.
• в 1590 году изобретен первый микроскоп, который в дальнейшем совершенствовался.
• в 1665 Роберт Гук рассматривая пробку дерева (феллему), увидел пустые ячейки, которые назвал «клетка».
• в 1650-1700 годах А. Левенгук, с помощью своего усовершенствованного микроскопа с увеличением 280 раз, впервые описал бактерии, простейших, сперматозоиды, эритроциты, пластиды, хроматофоры.
• в 1825 Я. Пуркинье открыл растительные ткани и дал название клеточного содержимого – протоплазма (цитоплазма+ядро)
• в 1831 Роберт Броун описал ядро в клетках.
•В 1838 году М.Шлейденом и Т.Шванном были обобщены знания о клетках и сформулирована клеточная теория.
Основные положения современной клеточной теории:
► Клетка является структурной, функциональной и генетической единицей живого (кроме вирусов)
► Клетка - элементарная, открытая и живая система, способная к самообновлению, воспроизведению и саморегуляции
► Клетки всех организмов гомологичны (сопоставимы)
► Клеточное строение организмов – свидетельство их единого происхождения
► Клетка происходит только путём деления материнской клетки (Р. Вирхов 1858г.)
► Рост и развитие любого многоклеточного организма есть следствие размножения одной или нескольких исходных клеток
► Клетки у всех организмов окружены мембраной (имеют мембранное строение)
► Жизнь организма может быть сведена к сумме жизней составляющих его клеток
► В многоклеточном организме клетки подразделяются (дифференцируются) по строению и функции и объединяются в ткани, органы, системы органов
Химический состав клетки
I. Неорганические вещества - это минеральные вещества (химические элементы) и вода
► Химические элементы в клетке распределены в группы по мере своей важности:
1) Макроэлементы
• В эту группу входят главные компоненты всех органических соединений – биогенные элементы, на которые приходится 98% массы клетки (водород, углерод, кислород, азот)
• Также к группе макроэлементов относятся элементы, содержание которых 0,1-0,01% (калий, натрий, магний, кальций, железо, хлор, фосфор и сера)
2) Микроэлементы
• Содержание в клетке менее 0,001%
• Эти элементы входят в состав гормонов, витаминов, ферментов, обуславливая их активность (цинк, медь, йод, бром, медь, бор)
3) Ультрамикроэлементы
• Их концентрация ~ 0,00001%
• Они тоже проявляют определенную биологическую активность (селен, серебро, золото, ртуть, берилий, цезий, уран, радий)
• Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны
► Соли (катионы, анионы) в цитоплазме задают ей определенные буферные свойства - способность поддерживать постоянный уровень pH (pH (водородный показатель) - это мера кислотности водных растворов) около нейтральной реакции (pH=7) *это очень важно, т.к. функциональные молекулы в клетке (например, белки-ферменты) активны при строго определенном pH среды
► Концентрация солей определяет объем поступающей в клетку воды
Вещества в растворе всегда стремятся к равномерности (т.е. растворенное вещество в растворителе должно быть распределено равномерно)
При этом, для молекул воды клеточная мембрана является проницаемой, а для большинства крупных молекул и ионов - непроницаемой (т.е. клеточная мембрана является полупроницаемой) → за равномерное распределение концентраций веществ снаружи и внутри клетки отвечает вода, которая свободна перемещается через мембрану клетки
► В случае, если окружающая клетку среда содержит меньшее количество растворенных веществ, чем цитоплазма клетки, то поступление воды в клетку осуществляется до того момента, пока концентрация солей не выровняется и наоборот (это явление называется осмос)
Осмос – это движение воды из области меньшей концентрации растворенного вещества в область большей концентрации через полупроницаемую мембрану, т.е. вода всегда направляется туда, где больше концентрация растворенных веществ (по градиенту концентрации)
Осмотическое давление - давление, которое оказывает раствор на мембрану, зависящее от концентрации солей
• Если в клетке осмотическое давление (концентрация солей) выше, чем снаружи клетки (н-р, клетку поместили в раствор с более низкой концентрацией солей), то вода будет поступать в клетку по градиенту концентрации и осмотическое давление в ней уменьшится, сравняясь с осм. давлением внешней среды
• Осмотическое давление раствора тем больше, чем больше суммарная концентрация осмотически активных веществ в этом растворе
* В качестве осмотически активных веществ могут выступать разные вещества, помимо ионов: сахара, аминокислоты, жирные кислоты
Растворы (среду) в сравнении с осмотическим давлением внутри клетки разделяют на изо-, гипо- и гипертонические
Изотонический раствор - раствор, осмотическое давление которого равно осмотическому давлению внутри клетки. В таком растворе вода не поступает в клетку и не выводится из клетки, установлено равновесие.
Гипотонический раствор - раствор, осмотическое давление которого меньше осмотического давления внутри клетки. В такой среде вода поступает через мембрану внутрь клетки и клетка находятся в состоянии высокого тургора (напряжённого состояния клеточной оболочки). Животные клетки не имеют клеточной стенки и не способны к высоким показателям тургора - в гипотоническом растворе они раздуваются и лопаются. А, например, растительная клетка, имеющая жесткую клеточную стенку, в такой среде находится в состоянии тургорного давления, которое препятствует дальнейшему поступлению воды в клетку. Т.е. протопласт (растительная клетка без стенки) давит на клеточную стенку, но не лопается.
Гипертонический раствор - раствор, осмотическое давление которого больше осмотического давления внутри клетки. В такой среде вода выходит через мембрану из клетки, и клетка сжимается и теряет свои функции.
• Если ввести в человеческий организм гипотонический раствор, то клетки крови будут лопаться, а если ввести гипертонический раствор, то клетки крови будут сжиматься. Поэтому для внутривенных введений веществ их разбавляют изотоническим раствором - так называемым физиологическим раствором (например, 0.9% NaCl)
• У многоклеточных животных формируется внутренняя среда организма, изотоническая клеткам, а содержание солей во внутренней среде обеспечивается функционированием выделительной системы, кожи и легких. Совокупность процессов, происходящих в живом организме, направленных на поддержание постоянного осмотического давления внутренней среды организма называется осморегуляцией.
• Клетки растений в гипертоническом растворе претерпевают плазмолиз - явление, когда протопласт сжимается и отходит от стенки (происходит снижение тургора). Плазмолиз может быть обратимым и необратимым (если клетка вследствие резкого плазмолиза погибает). Обратный плазмолизу процесс - деплазмолиз.
► Про воду и её роль в клетке следует поговорить подробнее
Функции воды в клетке:
1) Участие в перемещении питательных веществ (циклозе)
2) Участие в поддержании буферных свойств клетки
• Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне
3) Высокая теплоемкость позволяет ей оберегать цитоплазму от резких температурных колебаний и участвовать в терморегуляции клеток и организма в целом
4) Обеспечивает тургор клетки, её форму, объем
Обзор органических веществ клетки в следующих статьях
#егэбиология
