Вещества живого организма и их превращения

Наименьшая частичка любого вещества называется молекулой. Она, в свою очередь, состоит из атомов химических элементов.

Все молекулы определенного вещества имеют одинаковое строение. Наиболее сложное — у молекул органических веществ. Они могут состоять из десятков тысяч атомов.

Основные органические вещества, участвующие в жизни любого организма, — это белки, жиры и углеводы. Белки служат строительным материалом, играют защитную роль, ускоряют химические реакции в организме, переносят кислород. Углеводы являются источником энергии. Жиры хранят ее запасы. Имеются в нашем теле и другие органические соединения. Из них состоит почти третья часть нашего организма.

Молекула белка

Основой живой материи являются биологические молекулы — нуклеиновые кислоты и белки. Последние представляют собой молекулы-цепочки, состоящие из множества аминокислот (эти кислоты названы так потому, что в них содержатся аминогруппы, состоящие из одного атома азота и двух атомов водорода). Порядок, в котором располагаются аминокислоты в белке, зашифрован в нуклеиновых кислотах. А участок ДНК, кодирующий один белок, носит название ген. Нуклеиновые кислоты реплицируются, то есть копируются. Благодаря этому наследственная информация передается от клетки к клетке при делении и от родителей детям.

Молекула органического вещества

Нуклеиновые кислоты бывают двух основных типов — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Полимерная молекула ДНК состоит из отдельных звеньев — мономеров, или нуклеотидов. Каждый нуклеотид — это сахар (дезоксирибоза), остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований — аденин, гуанин, цитозин, тимин. Азотистые основания связываются друг с другом по принципу тимином, а гуанин — с цитозином. Так образуется двойная спираль ДНК. Молекула РНК обычно состоит из одной цепочки; вместо дезоксирибозы в ней имеется рибоза, а вместо тимина — урацил.

Две молекулы — ДНК и РНК

Хромосомы — структуры в ядре клетки, состоящие из ДНК и белка. Именно в хромосомах сосредоточена большая часть наследственной информации. Набор всех хромосом клетки называется кариотипом. У каждого вида свое определенное количество хромосом. У гориллы их 48, у лошади — 64, у одного из видов муравьев — 2, а у простейшего животного радиолярии — 1600. Так что уровень развития не зависит от числа хромосом.

ДНК

ДНК, расположенные особым образом с некоторыми белками, составляют хромосомы. Практически все хромосомы находятся в ядре клетки. Исключение составляет митохондриальная ДНК, которая находится в цитоплазме

У человека 46 хромосом (23 пары). 22 пары называются аутосомами, а одна пара — половыми хромосомами. У женщин половые хромосомы, или Х-хромосомы, одинаковы. У мужчин есть одна Х-хромосома и одна У-хромосома. Поэтому правильный кариотип женщины обозначается формулой 46ХХ, а кариотип мужчины — 46ХУ.

Содержание

Синтез белка и генетический код

Синтез белка состоит из трех этапов — транскрипции, процессинга и трансляции. Во время транскрипции, или считывания, на одной из цепочек ДНК синтезируется молекула РНК. Созревая во время процессинга, она выходит из ядра в цитоплазму, где на особых структурах — рибосомах — синтезируется полипетидная цепь, то есть цепочка связанных между собой аминокислот. Их последовательность определяется последовательностью нуклеотидов, составляющих ДНК и РНК, то есть генетическим кодом.

Генетический код — система записи генетической информации, согласно которой каждому кодону, представляющему собой последовательность из трех нуклеотидов, соответствует аминокислота. Причем у одной аминокислоты бывает несколько кодонов. Существуют также стартовый и стоп-кодоны, которые определяют начало и окончание синтеза. Если происходит мутация, то есть один нуклеотид заменяется на другой либо один или несколько нуклеотидов добавляются в цепочку или удаляются, кодоны меняются. И вместо одной аминокислоты кодируется другая. А значит, меняется состав белка и, скорее всего, его свойства. Такие изменения называются мутациями.

Генетический код един для всей живой природы нашей планеты. Совокупность генов конкретного организма — это генотип. А геном — совокупность генетического материала в гаплоидном наборе хромосом конкретного вида. Поэтому следует говорить: геном человека или собаки, генотип Ивана Ивановича или овчарки Рекса, генетический код всего живого. А вот фенотип — это совокупность всех признаков организма, гены при этом проявляются далеко не все.

Из 22 аминокислот синтезируются самые разные белки. Например, у цепочки из 100 аминокислотных остатков может существовать более 10 130 вариантов белков с разной последовательностью. При этом белки имеют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Все зависит от того, как скручивается первоначальная цепочка.

Удивительно, но в живой природе для построения всего многообразия белков используется лишь 22 аминокислоты. Одни аминокислоты могут создаваться в самом организме, другие поступают в него с пищей, они называются незаменимыми.

Особой группой белков являются ферменты. Эти вещества ускоряют превращение веществ, поступающих в организм с пищей, в молекулы, нужные для организма. Ферменты присутствуют во всех живых клетках и принимают активное участие в обмене веществ и энергии. Без ферментов живой организм существовать просто не может. А у каждого фермента, состоящего из сложных молекул, есть так называемый активный центр — углубление особой формы, которое должно соответствовать определенному веществу наподобие ключа в замке. Это соответствие должно быть абсолютным. Поэтому каждый фермент взаимодействует только с определенным веществом. На сегодня известно более 2000 ферментов, но ни один из них нельзя заменить другим. Множество ферментов участвует и в обмене веществ внутри клетки.

Благодаря ферментам скорость расщепления веществ, полученных с пищей, увеличивается в миллионы раз.

Как увидеть ДНК и хромосомы?

Изучение структуры ДНК

Молекула ДНК, если ее специально выделить из клеток крови или другой ткани, видна невооруженным глазом как белая нить, иногда спутанная и скрученная, или белое полупрозрачное вещество, похожее на медузу. Но для того чтобы различить ее структуру, нужны специальные приборы. А хромосомы можно разглядеть в обычный микроскоп. Изучение структуры ДНК раскроет историю развития всей живой природы и поможет победить многие болезни.

Что умеют делать белки?

Белки выполняют множество самых разнообразных задач. Одни из них являются источниками питания для потомства. Например, белок яйца или белок молока. Защиту организма от бактерий и вирусов выполняют антитела крови, которые также состоят из белков. Связываясь с чужеродными веществами, антитела нейтрализуют их и таким образом охраняют организм. Белки участвуют в переносе нужных веществ к органам и обеспечивают тончайшие процессы жизнедеятельности самих клеток.

Что такое жиры?

Жиры — это органические вещества, возникающие в результате изменения (этерификации) карбоновых кислот и трехатомного спирта глицерина. Они присутствуют в каждом живом организме, входя в состав клеточной мембраны. При их окислении образуется большое количество необходимой телу энергии. Жиры могут получаться из углеводов и белков и накапливаться в организме. Затем, при недостатке пищи, они расходуются.

Высокое содержание жиров в семенах растений обеспечивает развитие зародышей до их перехода к самостоятельному питанию.

Продукты, содержащие жиры

Жировой слой в подкожной клетчатке животных защищает организм от механических повреждений. Он помогает телу сохранить тепло, что позволяет многим животным жить в условиях холодного климата. А у китов жир способствует их плавучести.

Тонким слоем жира покрыты кожа, шерсть и перья многих животных. Он делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Жировой пленкой покрыты листья и плоды многих растений. В нервных клетках жиры являются изоляторами при проведении нервных импульсов. Жиры используются пчелами для изготовления воска при строительстве сот.

верблюд

Из жиров при окислении может получаться вода. Так, 100 г жира дает примерно 105 г воды. Это свойство очень важно для некоторых жителей жарких пустынь, например для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10—12 суток. Жир, накопленный в их горбах, используется именно для получения воды.

медведь спит

Животные, впадающие в спячку (медведи, сурки и другие), способны обходиться без воды и пищи по несколько месяцев. Это они могут делать благодаря накопленному жиру, из которого организм получает необходимую энергию и воду. Так, за время спячки животные могут терять почти половину своего веса.

Что такое углеводы?

Модель молекулы сахарозы

Модель молекулы сахарозы. Белым цветом здесь обозначены атомы водорода, черным углерода, красным — кислорода

Углеводы — общее название обширной группы органических веществ. Свое название они получили от слов «углерод» и «вода», поскольку первые известные углеводы представлялись как химическое соединение углерода и воды. В живой природе углеводы «изготавливаются» растениями, а животные и человек получают их с пищей. Большую группу углеводов называют сахарами. Известный нам сахар — это тоже углевод, научное название которого — сахароза.

Углеводы являются основным источником энергии, получаемой организмом. Они используются и для построения многих сложных молекул, важных для живых существ. У растений из углеводов построены прочные стенки клеток.

Продукты, в которых имеется углерод

Углеводы также могут превращаться в жиры и накапливаться как запасы питательных веществ.

Для чего нужны пища, вода и кислород?

Все живые организмы не могут жить без пищи, которая необходима им для получения энергии и строительства своего тела. Все необходимое они берут из окружающей среды. При этом каждый организм является пищей для какого-либо другого.

Молекула кислорода

Основными материалами, которые организм получает с пищей, являются белки, жиры, углеводы, вода, кислород и углекислый газ. В клетках организма эти вещества перерабатываются и превращаются в материалы, нужные для жизни. Лишние детали они отдают во внешнюю среду. Таким образом, в любом живом организме одновременно происходят и строительство (анаболизм), и распад (катаболизм) веществ, что сопровождается поглощением или выделением энергии. Этот процесс называется обменом веществ.

Вода в живом организме

Вода в живом организме

Тело человека на две трети состоит из воды, а во многих растениях ее содержится более 80%. Каждый день организм человека теряет большое количество воды с выводимой мочой, потом и выдыхаемым воздухом. Поэтому человек должен восполнять потери воды, например, в процессе питья или получая ее с пищей. Некоторое количество воды образуется при расщеплении жиров. Суточная потребность человека в воде составляет около 3 л.

Больше всего живым организмам необходима вода. Без нее жизнь на нашей планете была бы невозможной. Она является важнейшим веществом всех видов клеток, межклеточной жидкости и крови. Вода — растворитель многих солей и органических соединений. А водные растворы лучше всего усваиваются всеми органами.

Газообмен в человеческом организме

Практически вся жизнь на Земле зависит от кислорода. Он все время нужен каждой клеточке животного или растения. Ведь с его помощью внутри клетки различные органические вещества разлагаются на более простые. Этот процесс называют окислением. При этом выделяется энергия, необходимая для роста и жизнедеятельности клеток. Наверняка каждый человек хоть однажды наблюдал, как горят дрова в костре. Горение — это тоже окисление. То же самое происходит в организме, только гораздо медленнее.

Кислород

Не будет кислорода — не будет энергии в клетке, и ее жизнь прекратится. Это приведет к гибели всего организма. Без пищи живые существа могут существовать в течение 1-2 недель, без воды — 5-6 дней. Но без достаточного количества кислорода они не смогут прожить и нескольких минут.

Из чего состоят живые организмы?

Познакомившись со всеми царствами живой природы, ты уже знаешь, какое огромное количество различных организмов абсолютно любых форм и размеров населяет нашу планету. А что же их всех объединяет? Оказывается, каждое живое существо состоит из мельчайших частиц, которые называются клетками. Причем их количество может быть разным: есть простейшие организмы, в состав которых входит всего одна клетка, а есть и те, которые состоят из миллиардов различных клеток.

Клетки: история открытия

На протяжении довольно длительного периода истории ученые слишком мало знали о живых организмах и их строении. И только в середине XVII в. английский ученый Роберт Гук первым увидел клетки и дал им название. Ему удалось усовершенствовать примитивный микроскоп и рассмотреть в него тонкий срез пробкового дерева. Гук увидел ячейки, похожие на пчелиные соты, и назвал их клетками.

Первым, кто наблюдал живые клетки, стал голландский ученый Антони ван Левенгук. Его интересовали образцы крови, кожи, слюны и даже дождевой воды. Левенгук был очень удивлен, увидев однажды в капле дождевой воды подвижных маленьких «зверьков».

Это были одноклеточные организмы — амебы, инфузории, бактерии.

Одноклеточные организмы

К началу XVIII в. ученые уже имели некое представление о внутреннем строении организмов. А с усовершенствованием оптических приборов у биологов появлялось все больше и больше возможностей для изучения клеток.

Немецкий ботаник Маттиас Щлейден сделал вывод о том, что все части растений, которые он наблюдал в микроскоп, состоят из клеток.

К подобному заключению пришел еще один немецкий ученый — Теодор Шванн, изучавший внутреннее строение животных. Позже была сформирована так называемая клеточная теория. Ее основные положения сводятся к следующему:

  • Все живые существа состоят из клеток.
  • Клетки — основные структурные и функциональные единицы живых существ.
  • Одни живые клетки происходят от других живых клеток.

Клетки разных тканей тела человека

Клетки разных тканей тела человека

Клетки считаются самыми маленькими частицами нашего тела. Они входят в состав волос; ногтей, костей и всех остальных органов. Внутри каждого из нас находится огромное количество клеток. Клетки крови разносят по организму кислород. Клетки мышц расслабляются и сокращаются — именно поэтому мы может двигаться. Жировые клетки накапливают в нашем организме энергию и сохраняют тепло. Клетки кожи образуют вокруг тела защитную оболочку.

клетки человека

Организм человека состоит из 220 млрд клеток. Ученые разделили их на две большие категории: наряду с 20 млрд бессмертных клеток, которые сопровождают человека на протяжении всей его жизни, в его организме находятся 200 млрд постоянно замещаемых и обновляемых клеток. Например, клетки кишечника живут 3—5 дней, печени — 480 дней, а вот нервные и мышечные клетки могут жить 100 и более лет.

Ученые предположили, что если все клетки человеческого организма выложить в одну линию, то ее протяженность составит 15 000 км!

Структура клетки

Форма и размер

Клетки очень разнообразны по форме и размеру. Они могут выглядеть как шарик, звезда, прямоугольник, овал и т.д. Самые большие клетки размером со страусиное яйцо (до 15 см), а самые маленькие видны только под микроскопом с большим увеличением.

Строение клетки

Внутри клетки находятся органоиды, или органеллы. Они призваны обеспечивать все потребности клетки. Органоиды поставляют питание, выводят наружу ненужные вещества, защищают и восстанавливают клетку, помогают ей расти и воспроизводиться.

Строение клетки

Так, например, ядро — это центр управления. Митохондрии представляют собой энергетические станции клетки. А в аппарате Гольджи происходят необычные превращения: здесь образуются, упаковываются и транспортируются органические вещества, необходимые клетке. Лизосомы отвечают за переваривание пищи и попавших в клетку отработанных веществ, бактерий, вирусов. Эндоплазматическая сеть является внутренним «скелетом» клетки. Рибосомы — это «клеточная кухня» по производству белка. Плазматическая мембрана защищает клетку и транспортирует вещества как наружу, так и внутрь нее.

эукариотические и доядерные клетки

Главным органоидом клетки является ядро. Именно по этому признаку биологи делят все живые организмы на эукариотические (от «карио» — «ядро»), клетки которых содержат ядро, и прокариотические, т.е. доядерные

Клеточная стенка

Это защитная оболочка растительной клетки, основное назначение которой заключается в обеспечении целостности клетки.

Клеточная стенка

Зачем клеточная стенка растениям и почему ее нет у животных клеток? Выгляни в окно и внимательно присмотрись к любому дереву. Ствол направлен вертикально вверх. А чтобы удержаться в таком положении, он должен быть очень прочным И такая прочность обеспечивается именно особенностями растительной клетки, внешняя часть которой представляет собой своеобразный жесткий каркас, который позволяет дереву удерживать свой вес. Если бы у растительных клеток отсутствовали клеточные стенки, то все растения были бы мягкими и подвижными и, вероятнее всего, лежали бы на земле

А теперь представь, что каждая клетка человека защищена подобной клеточной стенкой. Вряд ли бы мы были достаточно гибкими и подвижными. То же самое можно сказать и о животных.

Клеточная мембрана

Клеточная мембрана

Клеточная мембрана есть как в растительных так и в животных клетках. В клетках растительного происхождения мембрана — это вторая оболочка, расположенная под клеточной стенкой. Клеточная мембрана животных клеток содержит холестерин, который придает ей определенную прочность. В растительных клетках холестерин отсутствует, поэтому мембраны таких клеток гораздо мягче чем животных. Для того чтобы клетка оставалась здоровой, она должна получать питание и освобождаться от отходов своей жизнедеятельности.

Посмотри внимательно на этот рисунок. На мембране находятся небольшие отверстия. Через них в клетку поступают питательные вещества и выводятся токсины.

Отверстия в клеточной мембране хорошо заметны под микроскопом

Цитоплазма

Наше путешествие продолжается. Пройдя сквозь мембрану, ты окажешься в слое густого желе. Это вещество, наполняющее клетку, и есть цитоплазма.

Цитоплазма находится в постоянном движении.

В ней происходят все обменные процессы и химические превращения, характерные для клетки. Цитоплазма не только обеспечивает взаимодействие всех компонентов клетки, но и удерживает их на своих местах. Более того, цитоплазма придает клетке определенную форму.

Эндоплазматический ретикулум

Чтобы тебе было проще понять, что именно скрывается за таким сложным и непонятным названием, представь свой путь в школу. Если ты живешь далеко от учебного заведения, то тебе, скорее всего, приходится пользоваться разными видами транспорта, которые движутся по основным городским магистралям. А если школа находится в шаговой доступности, ты идешь по тротуару. В любом случае в городе ты перемещаешься либо по проезжей части улицы, либо по пешеходной. Нечто подобное происходит и в клетке. Там тоже имеется своеобразная сеть дорог и дорожек. Это и есть эндоплазматический ретикулум.

Эндоплазматический ретикулум

Специальные полости, пузырьки и канальцы соединяют все части клетки. Одни идут от мембраны ядра к клеточной мембране, другие — к различным органоидам Эндоплазматический ретикулум играет важную роль в жизни клетки: он участвует в основных обменных процессах, образовании гормонов, накоплении углеводов, нейтрализации ядов и т.д.

Рибосома

Ты уже знаешь, что в клетке есть разветвленная сеть путей. Разглядывая их, ты наверняка обратил внимание на маленькие шарики, которые прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму. Это и есть рибосомы.

Рибосома

Рибосомы — это своеобразные фабрики по производству белка, который впоследствии используется клетками для восстановления, обновления или различных химических реакций.

Почему большинство рибосом находится на мембранах эндоплазматической сети? Эндоплазматическая сеть — это транспортный орган клетки, который переносит различные вещества в органоиды и уносит от них отходы. А рибосомы заняты выработкой белка, который сразу же попадает в транспортную сеть и доставляется туда, где в нем есть необходимость.

Лизосома

Путешествуя по эндоплазматической сети, внимательно присмотрись к окружающей тебя цитоплазме. Ты обязательно увидишь небольшие шарики, которые называются лизосомами. Они наполнены специальными ферментами (энзимами), которые используются клеткой для расщепления и частичного переваривания пищи. Благодаря лизосомам пища делится на мелкие кусочки, которые затем транспортируются к другим маленьким органоидам клетки — митохондриям.

Лизосома

Интересной функцией лизосом является самопереваривание, или полное саморастворение клетки под действием собственных ферментов. Но в некоторых случаях такое растворение не только приводит к гибели клетки, но и помогает организму развиваться. Например, в процессе превращения личинки насекомого во взрослую особь лизосомы растворяют ткани личинки, а вещества, которые образовались в результате этого процесса, используются другими клетками развивающегося насекомого. Аналогичное явление происходит и с хвостом головастика при превращении его во взрослую лягушку: хвост рассасывается, а полезные вещества идут на строительство новых клеток.

жизненный цикл лягушки

Еще одна очень важная задача лизосом заключается в разрушении и переваривании частей клетки, поврежденных в результате травмы, а также стареющих клеток, которые должны замещаться новыми. Именно лизосомы играют ключевую роль в таком замещении и образовании новых клеток.

Митохондрия

Митохондрии — это микроскопические органоиды округлой или продолговатой формы, отвечающие за выработку энергии в клетке. Иногда их называют энергетическими или силовыми «фабриками» клетки. Митохондрии способствуют возникновению и прохождению химических реакций, в результате которых пища превращается в воду и углекислый газ. В процессе таких реакций выделяется большое количество энергии, без которой клетка не может выполнять никакую работу. Все химические реакции управляются особыми ферментами, которые находятся в митохондриях

Более активные клетки испытывают потребность в большем количестве энергии. Именно поэтому в таких клетках митохондрий больше, чем в менее активных. Здесь можно привести следующее сравнение: чем крупнее город, тем в большем количестве электроэнергии он нуждается. Успехи спортсмена зависят от количества митохондрий: чем их больше, тем выше его выносливость и тем лучшие результаты он может показать. Количество митохондрий зависит от вида живого организма, в котором они находятся. Так, например, у одноклеточных зеленых водорослей всего лишь одна большая митохондрия, а у некоторых простейших эти органоиды и вовсе отсутствуют, в то время как в клетках сердца, мышц и мозга животных содержатся тысячи митохондрий.

Митохондрии настолько малы, что их нельзя увидеть невооруженным глазом или даже в обычный микроскоп. Они видны только в электронный микроскоп.

Основная задача аппарата Гольджи — транспортная (выведение из клетки различных ферментов и гормонов). В цистернах созревают белки, образуются лизосомы, происходят и другие биохимические превращения: вещества, поступающие из эндоплазматической сети, упаковываются в специальные мембранные пузырьки и доставляются в те места клетки, где в них есть необходимость, например в растении — к месту образования новой почки.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи

Этот маленький органоид получил название в честь итальянского ученого Камилло Гольджи, который в 1898 г. обнаружил его в нервных клетках, изучая структуру головного и спинного мозга. Внешне аппарат Гольджи представляет собой стопку плоских мембранных мешочков, которые называются цистернами, и систему пузырьков, называемых пузырьками Гольджи. Как правило, в каждой стопке насчитывается от четырех до шести цистерн, а вот количество таких стопок может быть разным: от одной большой до нескольких сотен очень маленьких. В 1906 г. Камилло Гольджи был удостоен Нобелевской премии по медицине за разработку гистологических методов исследования нервной системы.

Вакуоль

Вакуоли — это небольшие мешочки, заполненные клеточным соком — водным раствором различных питательных веществ. Причем химический состав клеточного сока зависит от вида растения, ткани, органа и возраста клетки. Вакуоли — это своеобразные хранилища запасных веществ клетки. Но кроме полезных элементов в них могут находиться и продукты жизнедеятельности, т.е. различные токсичные и ядовитые вещества, которые специально помещаются туда для хранения.

Растительная клетка

Вакуоли просто необходимы растительным клеткам. Это связано в первую очередь с накоплением и хранением воды, необходимой для питания растений.

Вакуоли

Когда вакуоли наполнены водой, растение выглядит сильным и здоровым. Вспомни, что происходит с комнатным цветком, когда ты забываешь его поливать в течение нескольких недель. Он чахнет и вянет. Это происходит потому, что количество воды в вакуолях постепенно уменьшается.

Хлоропласт

Почему большинство растений зеленого цвета? Причина этого — наличие в клетке хлоропластов. Эти маленькие органоиды в форме шара или диска наполнены пигментом зеленого цвета — хлорофиллом, который и придает растениям зеленый цвет. Хлорофилл используется для захвата солнечной энергии, которая впоследствии применяется для образования питательных веществ.

Хлоропласты

Биологам удалось обнаружить очень интересную особенность хлоропластов. Оказывается, они движутся! Хлоропласты в состоянии изменять свое положение в клетке. Как правило, эти органоиды скапливаются возле ядра и клеточных стенок, а двигаться начинают при изменении освещения. При слабом освещении хлоропласты располагаются перпендикулярно падающим лучам: таким образом они улавливают больше света. При сильном освещении — перемещаются к стенкам клетки и поворачиваются ребром к падающим лучам. Более того, от освещения зависит и форма этих органоидов: при очень ярком свете они принимают сферическую форму.

Специализация клеток

Одноклеточные организмы обладают способностью выполнять все необходимые для их жизнедеятельности функции. С многоклеточными организмами дело обстоит несколько иначе. Их клетки зависят друг от друга и не могут существовать изолированно.

В многоклеточном организме различные виды клеток специализируются на выполнении разных работ. Одни заняты перевариванием пищи, другие — борьбой с инфекциями, третьи — доставкой питательных веществ по всему организму.

Чем растительная клетка отличается от животной?

  1. Растительная клетка обладает толстой и прочной клеточной стенкой из целлюлозы.
  2. В растительной клетке развита сеть вакуолей; в животной клетке вакуоли, как правило, отсутствуют либо развиты очень слабо.
  3. В растительных клетках находятся особые органоиды — пластиды; в животных клетках пластиды отсутствуют.

Животная клетка

Растительная клетка

Что общего в растительной и животной клетках?

Как в животных, так и в растительных клетках есть ядро с ядерной мембраной, цитоплазма, мембрана, рибосомы и митохондрии.

Клетки живых организмов

Библиографическая ссылка для цитирования: Сазонов В.Ф. Клетки живых организмов [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2021: [сайт]. Дата обновления: 20.02.2021. URL: http://kineziolog.su/content/kletki-zhivykh-organizmov (дата обращения: __.__.20___). ___________Строение клеток живых организмов.

Введение

Самое ценное, что есть у человека — это его собственная жизнь и жизнь его близких. Самое ценное, что есть на Земле — это жизнь в целом. А в основе жизни, в основе всех живых организмов лежат клетки. Можно сказать, что жизнь на Земле имеет клеточное строение. Вот почему так важно знать, как устроены клетки. Строение клеток изучает цитология — наука о клетках. Но представление о клетках необходимо для хорошего понимания всех биологических дисциплин.

Что же такое клетка?

Определение понятия

Клетка — это структурная, функциональная и генетическая единица всего живого, содержащая наследственную информацию, состоящая из мембранной оболочки и цитоплазмы с органоидами, способная к поддержанию гомеостаза, обмену, размножению и развитию. © 2015-2020 Сазонов В.Ф. © 2016-2020 kineziolog.su

Данное определение клетки является хотя и кратким, но достаточно полным. Оно отражает 3 стороны универсальности клетки: 1) структурную, т.е. как единицу строения,, 2) функциональную, т.е. как единицу деятельности, 3) генетическую, т.е. как единицу наследствености и смены поколений. Важной характеристикой клетки является наличие в ней наследственной информации в виде нуклеиновой кислоты — ДНК. Также определение отражает важнейшую черту строения клетки: наличие наружной мембраны (плазмолеммы), которая создаёт границу между клеткой и окружающей её средой. И, наконец, 4 важнейших признака жизни: 1) поддержание гомеостаза, т.е. постоянства внутренней среды в условиях её постоянного обновления, 2) обмен с внешней средой веществом, энергией и информацией (через клеточную мембрану), 3) способность к размножению, т.е. к самовоспроизведению, репродукции, 4) способность к развитию, т.е. к росту, дифференцировке и формообразованию.

Более краткое, но неполное определение: Клетка — это элементарная (наименьшая и простейшая) единица жизни.

Более полное определение клетки:

Клетка — это ограниченная активной мембраной упорядоченная, структурированная система биополимеров, образующих цитоплазму, ядро и органоиды. Эта биополимерная система участвует в единой совокупности метаболических, энергетических и информационных процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Ткань — это совокупность клеток, сходных по строению, функциям и происхождению, совместно выполняющих общие функции. У человека в составе четырех основных групп тканей (эпителиальной, соединительной, мышечной и нервной) имеется около 200 различных видов специализированных клеток [Фалер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки: Руководство для врачей. / Пер. с англ. — М.: БИНОМ–Пресс, 2004. — 272 с.].

Ткани, в свою очередь, образуют органы, а органы — системы органов.

Живой организм начинается от клетки. Вне клетки жизни нет, вне клетки возможно только временное существование молекул жизни, например, в виде вирусов. Но для активного существования и размножения даже вирусам нужны клетки, пусть даже и чужие.

Строение клетки

На рисунке, представленном ниже, даны схемы строения 6 биологических объектов. Проанилизируйте, какие из них можно считать клетками, а какие нельзя, согласно двум вариантам определения понятия «клетка». Оформите свой ответ в виде таблички:

Название объекта Это клетка, потому что. Это не клетка, потому что. Примечание
1 Животная клетка имеет.
2 Растительная клетка
3 .

Видео: Строение клетки кратко

Строение клетки под электронным микроскопом

Мембрана

Важнейшей универсальное структурой клетки является клеточная мембрана (синоним: плазмолемма), покрывающая клетку в виде тонкой плёнки. Мембрана регулирует отношения между клеткой и окружающей её средой, а именно: 1) она частично отделяет содержимое клетки от внешней среды, 2) связывает содержимое клетки с внешней средой.

Клеточная оболочка (=клеточная стенка, =целлюлозная оболочка)

Не следует путать тонкую клеточную мамбрану плазмолемму с толстой целлюлозной клеточной оболочкой, которая есть у растительных клеток. Мембрану не видно в световой микроскоп, она видна только под электронным микроскопом. А клеточную стенку видно уже под небольшим увеличением даже в школьные световые микроскопы (например, на препарате кожицы лука). И даже первооткрыватель клеток и создатель этого термина Роберт Гук смог увидеть её в свой ещё несовершенный световой микроскоп.

Клеточная оболочка состоит в основном из целлюлозы (=клетчатки). И этот материал наиболее удачно сочетает функцию опоры и защиты с процессом роста клетки. Также он обладает достаточно хорошей проницаемостью для обеспечения обмена между клеткой и внешней средой. Именно поэтому целлюлозная клеточная оболочка характерна почти для всех клеток в царстве растений. И, кстати, все хлопковые и льняные ткани, как и изделия из них, состоят как раз из целлюлозы клеточных оболочек. Корковые пробки, которыми укупоривают бутылки — тоже состоят из клеточных оболочек. Бумага — это тоже переработанные клеточные оболочки растительных клеток.

Второй по значению и универсальности клеточной структурой является ядро. Оно есть не во всех клетках, в отличие от клеточной мембраы, поэтому мы и ставим его на второе место. В ядре находятся хромосомы, содержащие двойные нити ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Участки ДНК являются матрицами для построения информационных РНК, которые в свою очередь служат матрицами для построения в цитоплазме всех белков клетки. Таким образом, в ядре содержатся как бы «чертежи» строения всех белков клетки.

Цитоплазма

Это полужидкая внутренняя среда клетки, разделённая внутриклеточными мембранами на отсеки. Она обычно имеет цитоскелет для поддержания определённой формы и находится в постоянном движении. В цитоплазме находятся органоиды и включения.

Органоиды

На третье место можно поставить все остальные клеточные структуры, которые могут иметь собственную мембрану и называются органоидами.

Органоиды – это постоянные, обязательно присутствующие структуры клетки, выполняющие специфические функции и имеющие определенное строение. По строению органоиды можно разделить на две группы: мембранные, в состав которых обязательно входят мембраны, и немембранные. В свою очередь, мембранные органоиды могут быть одномембранными – если образованы одной мембраной и двумембранными – если оболочка органоидов двойная и состоит из двух мембран.

Включения

Включения — это непостоянные структуры клетки, которые появляются в ней и исчезают в процессе метаболизма. Различают 4 вида включений: трофические (с запасом питательных веществ), секреторные (содержащие секрет), экскреторные (содержащие вещества «на выброс») и пигментные (содержащие пигменты — красящие вещества).

Клеточные структуры, включая органоиды (подробнее)

Включения. Они не относятся к органоидам. Включения — это непостоянные структуры клетки, которые появляются в ней и исчезают в процессе метаболизма. Различают 4 вида включений: трофические (с запасом питательных веществ), секреторные (содержащие секрет), экскреторные (содержащие вещества «на выброс») и пигментные (содержащие пигменты — красящие вещества).

    (плазмолемма).
  1. Ядро с ядрышком.
  2. Эндоплазматическая сеть: шероховатая (гранулярная) и гладкая (агранулярная).
  3. Комплекс (аппарат) Гольджи.
  4. Митохондрии.
  5. Рибосомы.
  6. Лизосомы. Лизосомы (от гр. lysis — «разложение, растворение, распад» и soma — «тело») — это пузырьки диаметром 200—400 мкм.
  7. Пероксисомы. Пероксисомы — это микротельца (пузырьки-везикулы) 0,1-1,5 мкм в диаметре, окружённые мембраной.
  8. Протеасомы. Протеасомы – специальные органоиды для разрушения белков.
  9. Сферосомы. Только в растительных клетках. Содержат скопления гидролитических ферментов, липидов, ароматических аминокислот. Основная функция — синтез липидов.
  10. Фагосомы.
  11. Микрофиламенты. Каждый микрофиламент — это двойная спираль из глобулярных молекул белка актина. Поэтому содержание актина даже в немышечных клетках достигает 10% от всех белков.
  12. Промежуточные филаменты. Являются компонентом цитоскелета. Они толще микрофиламентов и имеют тканеспецифическую природу:
  13. Микротрубочки. Микротрубочки образуют в клетке густую сеть. Стенка микротрубочки состоит из одного слоя глобулярных субъединиц белка тубулина. На поперечном срезе видно 13 таких субъединиц, образующих кольцо.
  14. Клеточный центр.
  15. Пластиды.
  16. Вакуоли. Вакуоли – одномембранные органоиды. Они представляют собой мембранные «ёмкости», пузыри, заполненные водными растворами органических и неорганических веществ.
  17. Реснички и жгутики (специальные органоиды). Состоят из 2-х частей: базального тельца, расположенного в цитоплазме и аксонемы — выроста над поверхностью клетки, который снаружи покрыт мембраной. Обеспечвают движение клетки или движение среды над клеткой.

Видеолекция. В.Ф. Сазонов: Функционирование клетки. Общие представления о жизнедеятельности клетки живого организма

ы

1. Видео по теме лекции: Одноклеточность

2. Видеолекция: Клеточное строение организма

3. Видео: Строение клетки (на английском языке с русскими субтитрами). Рекомендуется для продвинутого уровня.

Видео: Клетки тела

Видео: Знакомство с клетками тела

4. Видео: Исторический подход к понятию «клетка» (для самостоятельного просмотра)

Видео: Органоиды клетки

Видеолекция: Строение клетки, органоиды

5. Видео: Обзор строения клетки: Разнообразие клеток человека (рекомендуется к просмотру в конце курса Цитологии для закрепления и расширения полученных ранее знаний)

Лектор: Егоров Егор Евгеньевич, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН

Дополнительные материалы

Видеолекция по цитологии. Читает Сазонов С.В. — зав. кафедрой УГМУ, д.м.н., профессор. Перейти

Видеолекция: Биология клетки. д.б.н. Е. Шеваль

Содержание видео: 0:10 Наука о клетке 10:40 Плазматическая мембрана 25:10 Клеточные органеллы 34:15 Компактизованный геном 46:25 Живая клетка 55:10 Размножение клеток 1:08:00 Общение клеток 1:17:15 Гибель клеток 1:31:15 Межклеточное вещество 1:44:48 Ткани животных

§ 4. Среды обитания организмов — Пасечник. 5 класс. Учебник

К основным средам обитания живых организмов относится:

  • наземно-воздушная среда;
  • водная среда;
  • почва;
  • тела живых организмов.

2. Какие свойства характерны для водной среды обитания?

Для водной среды обитания характерно:

  • наличие выталкивающей силы;
  • большая плотность среды, чем у воздуха;
  • способность накапливать и удерживать тепло;
  • солёный состав воды.

3. Почему считают, что наземно-воздушная среда более сложная и разнообразная, чем водная?

Наземно-воздушная среда более сложная и разнообразная чем водная потому, что:

  • плотность воздуха намного ниже плотности воды, что стало причиной особой развитости опорных тканей (внутреннего и наружного скелета) у живых организмов;
  • очень быстро может меняться температура воздуха, что привело к образованию различных приспособлений помогающих выдерживать резкие перепады температуры (например, шерсть);
  • различные условия влажности окружающей среды также привели к развитию специальных приспособлений у живых организмов;
  • особенности химического состава воздуха (загрязнение) могут оказывать негативное воздействие на развитие живых организмов;
  • различные климатические условия, а также свойства и состав воздушных масс в разных областях планеты, создали условия для большого разнообразия живых организмов.

4. Что такое почва?

Почва — это верхний плодородный слой суши который состоит из неорганических веществ (воды, воздуха и минеральных веществ), а также содержит органические вещества (остатки растений и животных, перегной — продукт разложения живых организмов).

5. Какова роль почвы в жизни растений?

Почва является питательной средой необходимой для жизнедеятельности растений. Именно из почвы растения получают воду, минеральные и органические питательные вещества, часть воздуха для дыхания. Чем более насыщена почва питательными веществами, влагой и воздухом, тем более плодородной (благоприятной для выращивания растений) она является.

6. В чём состоят основные особенности организмов, использующих тела других организмов как среду обитания?

Живые организмы, средой обитания которых являются другие живые организмы, часто частично или полностью утрачивают органы или системы органов, необходимые для организмов живущих в воде, в почве или в наземно-воздушной среде. Это происходит потому, что внутренняя среда живого организма-носителя отличается большим постоянством: нет перепадов температуры, стабильная влажность, плотность среды и т.д.

7. Какие вы знаете организмы, живущие внутри других организмов? Ощущали ли вы влияние таких обитателей на себе?

К организмам, обитающим внутри других организмов относятся вирусы, бактерии, подкожный клещ и плоские черви. Многие из этих существ вызывают разнообразные болезни у организма-носителя.

Так, попадание под кожу клеща может привести к возникновению у животного или человека клещевого энцефалита — опаснейшего заболевания, которое может закончится поражением серого вещества головного мозга, поражением спинного мозга или даже смертью больного.

Бактерии, живущие внутри живых существ, могут быть как вредными, так и полезными. Полезные бактерии помогают людям и животным усваивать витамины и микроэлементы, снижают риск возникновения аллергии, обеспечивают противоопухолевый и антиоксидантный эффект, расщепляют непереваренные компоненты пищи, поддерживают водно-солевой обмен и поддерживают тепловой баланс организма.

Вредные бактерии, напротив, попадая в организм человека или животного могут вызвать самые разнообразные заболевания: туберкулёз, дифтерию, стоматит, менингит, коклюш, скарлатину и т.д. К счастью, вредных болезнетворных бактерий всего 1% от общего количества этих организмов. Они могут попадать в организм человека с водой, из почвы или воздушно-капельным путём (по воздуху). Вот почему так важно всегда мыть руки перед едой и после прогулки, стараться не находиться рядом с кашляющим человеком и пить только очищенную воду.

Вирусы, попадая в организм человека или животного, также как и вредные бактерии вызывают различные заболевания. Так, человек может заразиться такими вирусными заболеваниями как грипп, ангина, герпес, ветряная оспа, а также другими очень опасными заболеваниями. Передаются вирусы обычно от человека к человеку, например через кровь, в капельках жидкости при кашле, при использовании больным и здоровым человеком одной посуды, полотенец и т.д.

Плоские черви, которые также называют глисты, приносят организму-носителю только вред. Зараженный плоскими червями организм ощущает боль в животе, приступы тошноты и рвоты, потерю аппетита, резкое снижение веса, нарушение сна, быструю утомляемость, раздражимость и другие неприятные симптомы. Для того чтобы не допустить попадания плоских червей в организм, необходимо соблюдать правила гигиены и использовать в пищу только качественные проверенные продукты прошедшие тепловую обработку, особенно эта рекомендация касается мяса.

Подумайте

Почему организмы, обитающие в наземно-воздушной среде, более многообразны, чем обитатели водной?

Наземно-воздушная среда отличается большим разнообразием условий для обитания живых организмов, чем водная среда.

Так, благодаря особенностям воды, в водной среде не бывает резкого изменения температуры, количества кислорода, солнечного света, солёности воды, плотности воды или давления. Эти параметры могут меняться при погружении на глубину или при перемещении из одной части мирового океана в другую, но вариантов таких изменений не так много.

Например, условия глубоководной среды почти одинаковы по всему миру, независимо от близости к полюсам или экватору. Поэтому на глубине обитает ограниченное количество видов живых существ.

§ 4. Среды обитания организмов - Пасечник. 5 класс. Учебник

А вот для наземно-воздушной среды характерно огромное количество сочетания самых разных характеристик окружающего мира. Условия среды изменяются в зависимости от климатической зоны, от высотности местности, от уровня влажности, от удаления от океанов и морей, от природной зоны, от деятельности человека и даже от исторических особенностей материков и континентов.

Например, некоторые животные (коалы, кенгуру и прочие) обитают только на одном материке — в Австралии, хотя и на других материках существуют схожие по климатическим условиям местности. Это произошло потому, что материк Австралия отделился от существовавшего ранее единого материка Пангеи значительно раньше других и на его территории развитие эволюции происходило независимо от остального мира.

§ 4. Среды обитания организмов - Пасечник. 5 класс. Учебник

Задания

Составьте план параграфа.

План параграфа «§ 4. Среды обитания организмов»

  1. С реда обитания:
    • что называют средой обитания;
    • виды сред обитания;
    • влияние среды обитания на живые организмы.
  2. Наземно-воздушная среда обитания:
    • свойства наземно-воздушной среды обитания;
    • разнообразие видов наземно-воздушных сред обитания.
  3. Вода как среда обитания:
    • свойства водной среды обитания;
    • особенности обитателей водной среды.
  4. Почва как среда обитания:
    • свойства и характеристики почвы;
    • обитатели почвы;
    • значение почвы в жизни растений.
  5. Тела живых организмов как среда обитания живых существ:
    • условия жизни внутри других организмов;
    • особенности существ, обитающих в других организмах.

Словарик

Водная среда — это вид среды обитания, для которого характерна высокая плотность, наличие выталкивающей силы, незначительный перепад температур и различный уровень давления на разных глубинах.

Наземно-воздушная среда — это среда обитания, характеризующаяся большим разнообразием условий (климатических, природных и т.д.), а также отличающаяся низкой плотностью, резким перепадом температур и изменением влажности среды.

Почва как среда обитания — это верхний плодородный слой суши в котором обитают грибы, бактерии, черви, насекомые, некоторые зверьки (кроты, землеройки) и растения.

Организм как среда обитания — это тела живых организмов, в которых могут обитать вирусы, бактерии, подкожный клещ и плоские черви.