Лекция: Клеточная организация живых систем (структура клетки).
Живая клетка является мельчайшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе и носителем генетической информации.
Основы клеточной теории были заложены немецкими учеными Т.Шванном и М. Я. Шлейденом в XIX веке. Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по своему строению.
ПОСТУЛАТЫ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ:
1. Все живые организмы состоят из клеток.
2. Клетки одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу и выполняемым функциям.
3. Размножение клеток происходит путем деления исходной (материнской) клетки.
4. Многоклеточные организмы представляют собой сложные комплексы клеток, объединенные целостные системы тканей и органов, связанных между собой межклеточными, гуморальными, нервными формами регуляции.
Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см, что встречается редко.
Клетки образуют ткани, несколько типов тканей — органы, группы органов — системы организма.
Клетка имеет сложную структуру. В состав клетки входят: ядро, цитоплазма и мембрана.
Существуют организмы с клеточным строением, клетки которых не имеют структурно оформленного ядра. Это так называемые ПРОКАРИОТЫ.
Считают, что они являются предшественниками ЭУКАРИОТОВ (ядерное содержимое которых заключено в ядерную оболочку), которые появились около 3 млрд. лет тому назад.
К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, а к эукариотам — все остальные клетки, начиная от низших растений до человека.
Структура прокариотической клетки:
1) нуклеоид (циклическая молекула ДНК); 2) впячивания плазмолеммы; 3) ферменты на клеточных складках (выполняют синтез углеводов, липидов, фотосинтез); 4) цитоплазма; 5) рибосомы (отвечают за синтез белков); 6) мембрана; 7) клеточная стенка.
Структура эукариотической клетки:
1. Животная клетка:
1) ядро с ядрышком; 2) цитоплазматическая мембрана; 3) эндоплазматическая сеть; 4) пиноцитозная вакуоль; 5) лизосома; 6) аппарат Гольджи; 7) жировые включения; 8) центриоли; 9) митохондрии; 10) полирибосомы.
2. Растительная клетка:
1) ядро с ядрышком; 2) цитоплазматическая мембрана; 3) эндоплазматическая сеть; 4) плазмодесма; 5) пиноцитозная вакуоль; 6) аппарат Гольджи; 7) лизосома; 8) митохондрии; 9) полирибосомы; 10) вакуоль; 11) хлоропласт.
Основное отличие прокариотической клетки от эукариотической в том, что у последней молекула ДНК связана с белком и организована в хромосомы, которые располагаются в ядре. Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических.
32. Химический состав клетки (элементарный, молекулярный – неорганические и органические вещества).
Химические соединения, входящие с состав клетки разделят условно на органические и неорганические.
К органическимотносятся:
БЕЛКИ — 10-20%;
ЖИРЫ — 1-5%;
УГЛЕВОДЫ — 0,2-2%;
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — 1-2%;
АТФ — 0,1-0,5%.
К неорганическим относятся:
ВОДА — 70-85%;
МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ — 1-1,5%.
Остановимся более подробно на функциях химических соединений, входящих в состав клетки.
Вода выполняет следующие функции:
1) является универсальным растворителем;
2) необходима для гидролиза и окисления высокомолекулярных веществ (белков, жиров, углеводов);
3) обеспечивает перенос необходимых веществ и выделение вредных продуктов;
4) теплорегулятор клетки и организма в целом;
5) осморегулятор.
Минеральные вещества выполняют функции:
1) поддерживают постоянство внутренней среды организма за счет влияния на кислотно-щелочное равновесие крови, плазмы, межклеточной жидкости;
2) обеспечивают постоянство осмотического давления, следовательно, поступление воды в клетку;
3) активация ферментов;
4) соединение с органическими веществами.
Белки — это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки обладают первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами. Белки делятся на два класса: фибриллярные и глобулярные.
Белки выполняют следующие функции:
1) ферментативную (входят в состав ферментов);
2) структурную (входят в состав мембран, рибосом, хромосом);
3) транспортную (переносят кислород- гемоглобин);
4) двигательную (обеспечивают сокращение мускулатуры, движение жгутиков, ресничек, хромосом при делении и т.д.);
5) защитную (входят в состав антител и защитных покровов: волос рогов, копыт и т.д.);
6) энергетическую (при расщеплении 1г белка выделяется 17,1 кДж энергии).
Углеводы подразделяют на моносахариды и полисахариды.
Их функции следующие:
1) основной источник энергии в клетке (окисление 1г глюкозы дает 17,1 кДж энергии);
2) структурная (строительный материал) — целлюлозная стенка у растений;
3) играют роль запасных питательных веществ: крахмал в растительных клетках, гликоген — в животных;
4) исходное органическое вещество в цепи питания.
Липиды — жироподобные вещества, у которых одна молекула жирной кислоты замещена Н3РО4.
Липиды выполняют следующие функции:
1) структурная (входит в состав мембран);
2) форма депонирования энергии (окисление 1г жира дает 39 кДж энергии);
3) защитная функция (защитный каркас для внутренних органов, теплорегуляция, подкожный жир обеспечивает эластичность);
4) компонент витаминов, растительных пигментов;
5) источник воды для животных организмов.
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В состав нуклеиновых кислот входят: азотистое основание, углевод, остаток фосфорной кислоты.
ДНК выполняет в клетке следующие функции:
1) химическая основа хромосомного генетического материала (гена);
2) синтез ДНК;
3) синтез РНК;
4) закодированная информация о структуре белков.
Функции РНК:
1) иРНК (информационная) передает закодированную информацию о первичной структуре белковой молекулы;
2) рРНК (рибосомная) входит в состав рибосом;
3) тРНК (транспортная) переносит аминокислоты к рибосомам.
АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). В состав АТФ входят: аденин, 3 остатка фосфорной кислоты, углевод (рибоза).
АТФ в клетке выполняет следующие функции:
1) отщепление фосфорной группы сопровождается выделением 40 кДж энергии (при разрыве обычной химической связи выделяется 12 кДж), поэтому АТФ обеспечивает энергией процессы жизнедеятельности клетки.
33. Биосфера – определение. Учение В. И. Вернадского о биосфере.
Термин «биосфера» был введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения оболочки Земли, населенной живыми организмами.
Более глубоко и широко биосфера представлена в трудах Владимира Ивановича Вернадского.
БИОСФЕРА — это вместилище жизни, сложная, целостная система, динамическое равновесие которой проявляется множеством параметров. Само слово «биосфера» произошло от слов «био» и «сфера» — это область активной жизни, охватывающей нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу.
В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда обитания органически связаны между, собой и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему.
В.И.Вернадский писал: «Биосфера — это среда нашей жизни, это та «природа», о которой мы говорим в разговорном языке. Человек, прежде всего, своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенном домике».
«Человек… как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы… составляет определенную закономерность строения биосферы».
БИОСФЕРА — это совокупность всех живых существ в природе, которая имеет свои границы.
Основные идеи Вернадского по проблемам биосферы сложились в начале прошлого столетия. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой — взаимодействие живого и косного веществ. Сама биосфера является продуктом длительного развития нашей планеты.
Главной особенностью биосферы ученый считал миграцию атомов химических соединений, вызываемой энергией Солнца и проявляющуюся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов.
Эта биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:
1) стремится к максимальному проявлению — возникает «всюдность» жизни;
2) приводит к выживанию организмов, увеличивающих биологическую миграцию атомов.
Исходя из этого, можно сказать, что БИОСФЕРА — это область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космическую энергию в земную — электрическую, химическую, механическую, тепловую и т.д.
Биосфера включает в себя:
1) живые организмы;
2) биогенное вещество (уголь, нефть, известняки и др., ископаемые материалы, органического характера);
3) косное вещество (в его образовании живое не участвует);
4) биокосное вещество (создается с помощью живых организмов);
5) вещество космического происхождения.
В главных чертах охарактеризуем биосферу по отдельным оболочкам, которые она охватывает.