Что такое структурно функциональная единица

Клетка как структурная и функциональная единица живого: особенности строения и значения клеток

Клетка как структурная и функциональная единица живого

Элементарная живая система

Организмы с клеточным строением — это основные прогрессивные формы жизни на нашей планете.

Клетка как живая система (элементарная) лежит в основе строения и развития всех растительных и животных организмов. Клетка — элементарная единица живого и самая мелкая единица организма, способная к жизни и обладающая основными признаками целого организма.

Все живые существа характеризуются клеточным типом организации. Исключение — вирусы, которые являются эволюционно неклеточными организмами и могут размножаться только, находясь в клетках других организмов.

Клетка — это элементарная структурная единица живого организма, представляющая собой дифференцированный и окруженный клеточной мембраной участок цитоплазмы.

Исходя из функций, можно утверждать, что клетка — главный структурный, функциональный и воспроизводительный элемент живой материи.

При этом, клетки способны существовать как самостоятельные организмы и входя в состав многоклеточных организмов.

Из одной клетки состоит организм бактерий, отдельных водорослей (хлореллы, хламидомонады), низших грибов (дрожжи, мукор), простейших животных (инфузория, эвглена, амёба и др). На этой клетке лежат все функции многоклеточного организма: дыхание, размножение, питание, движение и др. Практически все тела животных и растений сформированы при помощи огромного числа клеток, каждая из которых выполняет в организме определенные функции. Эти группы клеток стоят у начала формирования различных тканей.

Особенности строения и значение клеток

Клетки тканей имеют ряд общих морфологических особенностей и схожих функциональных свойств несмотря на различия в строении и разные функции. К таким морфологическим особенностям относятся, например, сформированное ядро и похожий набор органоидов. Среди общих функциональных свойств выделяются биосинтез белков, процессы, связанные с размножением, использование и превращение энергии.

Все это говорит о том, что у всех живых организмов на планете общее происхождение, а также о том, что органический мир характеризуется единообразием.

У клетки есть типичные структурные элементы:

Если говорить о клетках растений, то для них характерно наличие вакуоли, хорошо оформленной целлюлозной оболочки, пластид.

Чем же клетки между собой различаются?

Есть несколько моментов, которые указывают на различия между клетками:

Для некоторых клеток вообще не свойственно постоянство формы. Речь идет об амебоидных клетках (лейкоцитах).

Стандартные размеры большинства клеток многоклеточных организмов — 10-100 мкм. Размеры мельчайших клеток — 2-4 мкм.

Отдельные растительные клетки, у которых большие вакуоли в цитоплазме, характеризуются большими размерами. К примеру, это клетки арбузного мякиша, лимона, которые можно увидеть без каких-либо специальных устройств. Яйцеклетки птиц и некоторых рыб обладают очень большими размерами — их диаметр достигает нескольких сантиметров. Отростки нервных клеток могут достигать одного метра и больше.

Размер тела животного не определяет размер его клеток.

Структурно-функциональная единица печени мыши или лошади одинаковая по своим размерам.

В любом организме достаточно много клеток. Небольшое количество клеток характерно для отдельных многоклеточных организмов.

К примеру, организм коловратки (а это относительно большое животное) содержит всего 400 клеток. Самые многоклеточные структуры в организме людей и позвоночных животных — клетки крови и головного мозга.

У многоклеточных животных небольшие по размерам клетки и большое их количество формируют огромную поверхность. Благодаря этому обеспечивается быстрый обмен веществ.

Источник

Клетка как структурная и функциональная единица жизни #46

Цитология

Цитология (cytos – клетка, logos – наука) – наука, изучающая химический состав, строение и функции клеток, их размножение, развитие и взаимодействие в многоклеточном организме.

Основные задачи цитологии: дальнейшее изучение строения и функции клеток и их компонентов (мембран, органоидов, включений, ядра), деления клеток, возможностей их приспособления к изменениям условий окружающей среды, взаимоотношений между клетками многоклеточного организма.

Методы исследования

В цитологии применяются различные методы исследования. С их помощью можно: изучать морфологию клеток и их компонентов (световая, люминесцентная и электронная микроскопия), устанавливать химический состав и локализацию химических веществ в клетке (гистохимические методы), изучать химический состав и протекание биохимических реакций в клетках (биохимические методы), выделять отдельные компоненты клеток для дальнейшего изучения (дифференциальное центрифугирование), устанавливать пространственную конфигурацию и физические свой‘ ства макромолекул (рентгеноструктурный анализ), изучать процессы деления клеток и ход реакций матричного синтеза (авторадиография).

Основные положения клеточной теории

Основоположниками клеточной теории являются М. Шлейден, Т. Шванн и Р. Вирхов. Основные положения современной клеточной теории:

Биологическая мембрана

Эукариотическая клетка представляет собой элементарную живую систему, состоящую из трех основных структурных компонентов оболочки, цитоплазмы и ядра.

Биологическая (элементарная) мембрана имеет толщину 6 — 10 нм и при рассмотрении под электронным микроскопом выглядит трехслойной. Наружный и внутренний слои мембраны (темные) образованы молекулами белков, а средний (светлый) – бимолекулярным слоем липидов (преимущественно фосфолипиды). Липидные молекулы расположены строго упорядоченно: гидрофильные концы молекул обращены к белковым слоям, а гидрофобные – друг к другу. Белковые молекулы по отношению к липидному слою могут располагаться по-разному: большинство их находится на наружной и внутренней поверхностях билипидного слоя (периферические белки), часть молекул пронизывает один слой липидных молекул (полуинтегральные белки), а часть – оба слоя липидных молекул (интегральные белки). Такая структура мембран обеспечивает их свойства:

Биологическая мембрана обладает избирательной проницаемостью, которая обусловлена особенностями ее строения. Большинство интегральных белковых молекул, пронизывающих оба липидных слоя, являются ферментами. Они образуют гидрофильные поры, через которые проходят водорастворимые вещества. В липидном слое мембран могут растворяться и проходить через них гидрофобные вещества.

Большую роль в обеспечении избирательного поступления веществ через мембраны играет надмембранный комплекс – гликокаликс (преимущественно разветвленные молекулы гликопротеинов, распопоженные на поверхности мембран), большинство из которых представляют собой рецепторы, воспринимающие («узнающие») определенные химические вещества, окружающие клетку. Гликокаликс обеспечивает взаимоотношения клеток многоклеточного организма, иммунный ответ и другие реакции.

Функции биологической мембраны:

Цитоплазматическая мембрана

Цитоплазматическая мембрана – плазмалемма – биологическая мембрана, покрывающая цитоплазму клетки и обеспечивающая обменные процессы клетки с окружающей средой. Плазмалемма образует выросты, выпячивания, складки, микроворсинки, которые многократно увеличивают поверхность клетки. Наружная поверхность мембран животных клеток может быть покрыта муцином (гликопротеин), слизью или хитином, растительных – целлюлозой или пектиновыми веществами, образующими оболочку растительной клетки.

Плазмалемма выполняет следующие основные функции:

Транспортировка веществ в клетку

Вещества в клетку могут поступать пассивным и активным транспортом. При пассивном транспорте (ионы, мелкие молекулы, вода) поступление веществ идет по градиенту концентрации (простая диффузия и осмос) без затраты энергии. При облегченной диффузии белки-переносчики временно соединяются с молекулой вещества и проводят его через мембрану.

При активном транспорте идет перемещение веществ против градиента концентрации с затратой энергии АТФ с помощью белков-пермеаз. Через плазмалемму в клетку могут поступать не только мелкие молекулы или ионы, но и крупные молекулы и даже частицы (эндоцитоз). При этом мембрана окружает частицу, края ее смыкаются и частица оказывается в мембранном пузырьке в цитоплазме. Такой способ поглощения твердых частиц называется фагоцитозом, а капель жидкости – пиноцитозом. Выведение веществ из клетки называется экзоцитозом. Эти процессы протекают с затратой энергии АТФ.

Цитоплазма

Цитоплазма содержит гиалоплазму, цитоскелет, органоиды и включения.

Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс) на 85% состоит из воды и на 10% из белков. Остальной объем приходится на долю липидов, углеводов, РНК и минеральных солей. Гиалоплазма имеет однородную мелкозернистую структуру, обеспечивает вязкость, эластичность, сократимость и движение цитоплазмы. Она представляет собой коллоидный раствор и является внутренней средой клетки, где протекают реакции обмена.

В цитоплазме клеток расположен цитоскелет‚ образованный развитой сетью белковых нитей (филаментов), способных сокращаться. В зависимости от диаметра филаменты делят на: микрофиламенты (диаметром 6 — 8 нм), промежуточные волокна (около 10 нм) и микротрубочки (около 25 нм). Цитоскелет заполняет пространство между ядерной оболочкой и плазмалеммой. Он определяет форму клетки и участвует в различных движениях самой клетки (например, при делении) и во внутриклеточном перемещении органоидов и отдельных соединений.

Включения – это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Различают трофические, секреторные и экскреторные включения. Трофические включения представляют собой запасы питательных веществ. В растительных клетках это жир, крахмальные и белковые зерна, в животных – гликоген и капли жира. Секреторные включения являются продуктами жизнедеятельности клеток желез внешней и внутренней секреции (гормоны, ферменты, слизь). Экскреторные включения представляют собой продукты обмена веществ в растительных и животных клетках (кристаллы щавелевой кислоты, щавелевокислого кальция и др.), подлежащие выведению из клетки.

Органоидные клетки

Органоиды – это постоянные специализированные участки цитоплазмы клетки, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции в клетке. Органоиды общего назначения: митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы‚ клеточный центр, лизосомы и пластиды (характерны для большинства клеток). Органоиды специального назначения характерны для специализированных клеток: миофибриллы – в мышечных клетках; жгутики, реснички, пульсирующие и пищеварительные вакуоли – в клетках протистов. Большинство органоидов имеет мембранное строение. Немембранными органоидами являются рибосомы и клеточный центр.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть (ретикулум) представлена системой каналов, образованных биологическими мембранами и пронизывающих гиалоплазму клетки. Имеются два типа эндоплазматической сети – гладкая (агранулярная) и шероховатая (гранулярная), на мембранах последней расположены рибосомы. Функции ЭПС: на мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез жиров и углеводов, шереховатая ЭПС принимает также участие в синтезе белков; каналы ЭПС соединяют между собой все органоиды и ядро с цитоплазмой и выполняют транспортную функцию; мембраны ЭПС делят клетку на отсеки, изолирующие различные ферментные системы.

Рибосомы

Рибосомы – мелкие сферические тельца (от 15 до 35 нм), состоящие из большой и малой субъединиц, содержащие преимущественно белки и р-РНК. Субъединицы рибосом образуются в ядрышках и через поры ядерной мембраны поступают в цитоплазму, где располагаются на мембранах эндоплазматической сети, на наружной ядерной мембране, свободно в цитоплазме, в митохондриях и пластидах. Они содержатся в клетках всех типов. Функция рибосом: участие в сборке белковых молекул.

Комплекс Гольджи

Комплекс (аппарат) Гольджи обнаруживается под световым микроскопом в виде сложной сети, расположенной вокруг ядра. Электронномикроскопические исследования показали, что комплекс Гольджи состоит из биологических мембран и напоминает стопку наложенных друг на друга рулонов. Они образуют узкие каналы, расширяющиеся на концах в цистерны, от которых отпочковываются пузырьки. Основные функции комплекса Гольджи: концентрация, обезвоживание, уплотнение веществ, предназначенных для выведения из клетки; образование лизосом и сборка сложных комплексов органических веществ (например, липопротеинов).

Лизосомы

Лизосомы – органоиды клеток шаровидной формы диаметром от 0,2 до 1 мкм. Их стенка образована биологической мембраной. Они содержат около 40 гидролитических ферментов, способных расщеплять белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Функции лизосом: переваривание пищевых веществ и бактерий, поступивших в клетку; разрушение временных органов эмбрионов и личинок и отмирающих в процессе жизнедеятельности структурных компонентов клеток.

Митохондрии

Митохондрии видны под световым микроскопом в виде гранул, палочек, нитей величиной от 0,5 до 7 мкм. При исследовании под электронным микроскопом установлено, что стенка митохондрий состоит из двух мембран наружной гладкой и внутренней, образующей выросты – кристы‚ которые вдаются во внутреннее гомогенное содержимое митохондрии (матрикс). В матриксе имеется автономная система биосинтеза белков: митохондриальная ДНК, рибосомы и различные виды РНК. В митохондриях имеются ферментные системы, обеспечивающие аэробный этап энергетического обмена. Основные функции митохондрий: окисление веществ, синтез АТФ и специфических белков.

Пластиды

Пластиды – органоиды растительных клеток. Их делят на три группы – хлоропласты (зеленые), хромопласты (желтые или оранжевые) и лейкопласты (бесцветные). Пластиды имеют сходное строение и при определенных условиях могут переходить из одного вида в другой. Хромопласты содержат пигменты (каротиноиды), придающие окраску цветкам и плодам. В лейкопластах синтезируются и накапливаются запасные питательные вещества (крахмал, белки, жиры).

Хлоропласты

Хлоропласты по форме напоминают двояковыпуклую линзу размером 5 — 10 мкм и содержат зеленый пигмент хлорофилл. Стенка хлоропласта образована двумя мембранами. Внутри находится бесструктурное содержимое – строма. Строма пронизана системой параллельно расположенных элементарных мембран, являющихся продолжением внутренней мембраны и называемых тилакоидами стромы. В отдельных участках несколько тилакоидов, лежащих друг над другом, образуют грану – замкнутую полость диаметром около 0,3 мкм (тилакоиды гран). В мембранах тилакоидов стромы и гран содержится хлорофилл и другие пигменты, где и протекает световая фаза фотосинтеза, а в строме – темновая. В строме хлоропластов имеется автономная система синтеза белков (ДНК, разные виды РНК и рибосомы).

Основные функции хлоропластов: фотосинтез и синтез специфических белков.

Клеточный центр

Кгеточный центр (центросома) расположен вблизи ядра и состоит из двух мелких гранул центриолей, окруженных лучистой сферой (центросферой). С помощью электронного микроскопа установлено, что каждая центриоль представляет собой цилиндрическое тельце длиной 0,3 — 0‚5 мкм и диаметром 0,15 мкм, состоящее из 27 микротрубочек, сгруппированных по три в 9 групп. Функции центросомы: образование полюсов и веретена деления при митозе и мейозе.

Вакуоли и органоиды движения

Вакуоли представляют собой участки гиалоплазмы растительных клеток и протистов, ограниченные элементарной мембраной. У растений они содержат клеточный сок и поддерживают тургорное давление. Вакуоли протистов подразделяют на пищеварительные и сократительные. Органоиды движения клеток представлены жгутиками и ресничками. Они содержат по 20 микротрубочек, образующих 9 пар по периферии и две одиночные, расположенные в центре. Жгутики и реснички покрыты элементарной мембраной. У основания органоидов движения расположены базальные тельца, образующие микротрубочки. Реснички и жгутики служат для передвижения бактерий, протистов, ресничных червей и сперматозоидов. Реснички мерцательного эпителия дыхательных путей освобождают их от попавших частиц.

Источник

Вы будете перенаправлены на Автор24

Организмы, имеющие клеточное строение, являются основными прогрессивными формами жизни на планете.

Клетка – это элементарная структурная единица организмов, которая представляет дифференцированный участок цитоплазмы, окружённый клеточной мембраной.

Функционально клетка является основным структурным, функциональным и воспроизводительным элементом живой материи.

Клетки существуют и как самостоятельные организмы, и в составе многоклеточных организмов.

Организм бактерий, некоторых водорослей (хламидомонада, хлорелла), низших грибов (мукор, дрожжи) и простейших животных (амёба, эвглена, инфузории и т.п.) состоит только из одной клетки, выполняющей все функции многоклеточного организма – дыхание, движение, питание, размножение и т. п. Тело большинства видов растений и животных образовано огромным количеством клеток, специализированных на выполнение определённых функций. Такие группы клеток образуют различные ткани.

Строение и значение клеток

Хотя клетки тканей имеют различное строение и выполняют разные функции, им характерно много общих морфологических особенностей (сформированное ядро, подобный набор органоидов) и подобных функциональных свойств (использование и превращение энергии, биосинтез белков, процессы размножения), что свидетельствует о единстве происхождения живых организмов планеты, о единообразии всего органического мира.

Готовые работы на аналогичную тему

Основными структурными элементами типичной клетки являются: плазматическая мембрана, цитоплазма с разнообразными органоидами, ядро. Для растительных клеток характерно также наличие вакуоли, хорошо оформленной целлюлозной оболочки и различного типа пластиды.

Клетки отличаются друг от друга:

по биохимическим характеристикам – при отсутствии в специализированных клетках пигмента хлорофилла или бактериохлорофилла процесс фотосинтеза станет невозможным;

по функциям – различают клетки двух типов: гаметы и соматические – клетки тела различных типов.

Большинство клеток многоклеточного организма имеют размеры от 10 до 100 мкм, а мельчайшие – 2 – 4 мкм.

Большие размеры у некоторых растительных клеток с большими вакуолями в цитоплазме: клетки мякиша арбуза, лимона (их можно увидеть невооружённым глазом). Очень большие размеры (в диаметре до нескольких сантиметров) присущи яйцеклеткам птиц и некоторым рыбам. Одного метра и больше достигают иногда отростки нервных клеток.

У животных размеры клетки не зависят от размера тела.

Клетки печени мыши и лошади почти одинакового размера.

Обычно в организме очень большое количество клеток. Лишь отдельные многоклеточные организмы имеют небольшое количество клеток.

Организм таких сравнительно больших животных, как коловратки, состоит всего из 400 клеток. У позвоночных животных и человека самыми многочисленными являются клетки крови и головного мозга

Небольшие размеры и значительное количество клеток создают у многоклеточных животных огромную поверхность, что имеет значение для обеспечения быстрого обмена веществ.

Источник

Клетка – структурно-функциональная единица живого

Клетка – наименьшая структура, обладающая всеми критериями живого: она растет, развивается, размножается и передает по наследству признаки, реагирует на внешние раздражители и способна к движению. Усилиями ученых М. Шлейдена и Т. Шванна в 1838-1839 гг. была создана клеточная теория, дополненная Р. Вирховым.

В настоящее время клеточная теория включает в себя следующие положения:

1. Клетка – элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции, самовоспроизведению и являющаяся единицей строения, функционирования и развития живых организмов.

2. Клетки всех живых организмов сходны по составу, строению и основным проявлениям жизнедеятельности.

3. Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.

4. В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и их системы, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными способами регуляции.

Различают два основных типа организации клеток: прокариотический и эукариотический. Прокариотические клетки наиболее просто организованы, не имеют обособленного ядра (табл. 1). К прокариотам относятся архебактерии, эубактерии, цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Эукариотические клетки представляют более высокий тип клеточной организации, они имеют обособленное ядро и представлены клетками растений, грибов и животных.

Сравнительная характеристика прокариотических и эукариотических клеток

Строение эукариотической клетки. Типичная эукариотическая клетка состоит из трех компонентов: цитоплазматической мембраны (плазмалеммы), цитоплазмы и ядра (рис. 12).

Плазмалемма – двойной слой фосфолипидов с встроенными в него белками.

Мембрана выполняет важные и весьма разнообразные функции:

— определяет и поддерживает форму клетки;

— защищает клетку от механических воздействий, проникновения повреждающих биологических агентов;

— осуществляет рецепцию многих молекулярных сигналов (например, гормонов); ограничивает внутреннее содержимое клетки;

— регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава;

— участвует в формировании межклеточных контактов.

Рис. 12. Схема строения эукариотических клеток.

Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки и состоит из гиалоплазмы и находящихся в нем разнообразных внутриклеточных структур. Гиалоплазма (матрикс) – это водный раствор неорганических и органических веществ, способный изменять свою вязкость и находящиеся в постоянном движении.

Цитоплазматические структуры клетки представлены включениями и органоидами. Включения – относительно непостоянные, встречающиеся в клетках некоторых типов в определенные моменты жизнедеятельности, например, в качестве запаса питательных веществ (зерна крахмала, белков, капли гликогена) или продуктов подлежащих выделению из клетки. Органоиды – постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющим специфическую структуру и выполняющим жизненно важную функцию.

Аппарат Гольджи. В состав аппарата Гольджи входят полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10) и крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей.

Лизосомы — небольшие округлые тельца. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Обладая способностью к активному перевариванию пищевых веществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности частей клеток, целых клеток и органов.

Вакуоль – органелла, отграниченная от цитоплазмы мембраной – тонопластом. В животных клетках могут наблюдаться небольшие вакуоли, выполняющие фагоцитарную, пищеварительную, сократительную и другие функции. Растительные клетки имеют одну большую центральную вакуоль. Жидкость, заполняющая её, называется клеточным соком. Это концентрированный раствор сахаров, минеральных солей, органических кислот, пигментов и других веществ. Вакуоли накапливают воду, могут содержать красящие пигменты, защитные вещества, ферменты, запасные питательные вещества.

Обязательными для большинства клеток являются также органоиды, не имеющие мембранного строения. К ним относятся рибосомы, микрофиламенты, микротрубочки, клеточный центр.

Микротрубочки и микрофиламенты – нитевидные структуры, состоящие из различных сократительных белков и обуславливающие двигательные функции клетки. Микротрубочки имеют вид полых цилиндров, стенки которых состоят из белков – тубулинов. Микрофиламенты представляют собой очень тонкие, длинные, нитевидные структуры, состоящие из актина и миозина. Микротрубочки и микрофиламенты пронизывают всю цитоплазму клетки, формируя её цитоскелет.

Несмотря на единый принцип строения, между клетками эукариотических организмов разных царств имеются различия (табл. 2).

Сравнительная характеристика эукариотических клеток

Рост и размножение организмов связаны с делением клеток. Существует два основных способа деления клеток. Митоз — это такое де­ление клеточного ядра, при котором образуются два дочерних ядра с наборами хромосом, идентичными наборам ро­дительской клетки. Например, за счет процессов митоза у человека постоянно возобновляется слущивающийся эпителий кожи.

Мейоз — это деление клеточного ядра с образова­нием четырех дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро. За счет мейотического деления из диплоидных клеток образуются гаплоидные половые клетки, которые при слиянии (оплодотворении) восстанавливают диплоидный набор хромосом в одноклеточном зародыше – зиготе.

Источник