Клетка. История развития цитологии.

Цели создания учебной работы: Данная работа была создана для использования в учебном процессе в средней общеобразовательной школе, поэтому основные задачи, поставленные автором: четко и понятно для любого ученика описать клетку, подробно рассказать об истории развития науки о клетке и о людях, изучавших клетку, а также вызвать интерес учащегося к предмету с помощью многочисленных фотографий, рисунков и примеров.

Оглавление Часть I: Понятие о клеткеЧасть I: Понятие о клетке Что такое клетка? Строение клетки эукариот Цитоплазма Ядро Эндоплазматическая сеть Клеточный центр Комплекс Гольджи Плазматическая мембрана Митохондрии Рибосомы Лизосомы Пластиды Часть II: Развитие Клеточной теории Часть II: Развитие Клеточной теории Положения Клеточной теории Эволюция Клеточной теории Методы исследования клетки Роберт Гук А.В. Левенгук М. Мальпиги Р.Броун Т.Шванн М. Шлейден Р.Вирхов К.Гольджи Я. Пуркине Список литературы Цели и задачи создания работы

Часть I: Понятие о клетке

Что такое клетка? Клетка - элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Клетка - это основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Клетки существуют и как самостоятельные организмы, и в составе многоклеточных организмов.

Строение клетки эукариот

Цитоплазма ЦИТОПЛАЗМА (от цито... и плазма), внеядерная часть протоплазмы клетки, то есть внутреннее содержимое клетки без ядра Термин «цитоплазма» предложен Э. Страсбургером (1882). Объем цитоплазмы у клеток неодинаков: в лимфоцитах он примерно равен объему ядра, а в клетках печени цитоплазма составляет 94% общего объема. Формально в цитоплазме различают три части: органоиды, включения и гиалоплазма. Органоиды обязательные для любой клетки компоненты, без которых клетка не может поддерживать свое существование. Гиалоплазма (от «hyalinе» прозрачный) это основная плазма, истинная внутренняя среда клетки, содержащая, кроме различных ионов неорганических соединений, ферменты, участвующие в синтезе органических соединений. Экспериментально можно получить живые безъядерные клетки-цитопласты, которые в течение 1-3 суток могут синтезировать белки, липиды, АТФ. Затем они, конечно, погибают из-за невозможности синтеза новых РНК в отсутствии ядра.

Ядро Ядро - обязательная составная часть клетки у простейших, многоклеточных животных и растений, содержащая хромосомы и продукты их деятельности. По наличию или отсутствию в клетках ядра все организмы делят на эукариот, имеющих четко оформленное ядро, и прокариот (отсутствие ядерной оболочки). В ядре хранится наследственная информация клетки. Гены, содержащиеся в хромосомах, играют главную роль в передаче наследственных признаков в ряду клеток и организмов. Ядро управляет синтезами всех белков и через них всеми физиологическими процессами в клетке. Рис. Ядро клетки

Рис. Цитоскелет клетки.( Микрофиламенты окрашены в синий, микротрубочки – в зеленый, промежуточные волокна – в красный цвет)

Эндоплазматическая сеть Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - внутриклеточный органоид, представленный системой плоских цистерн, канальцев и пузырьков, ограниченных мембранами. ЭПС обеспечивает главным образом передвижение веществ из окружающей среды в цитоплазму и между внутриклеточными структурами. Впервые ЭПС была выявлена в 1945 американским ученым К. Портером методом электронной микроскопии.

Клеточный центр и центриоли клетки ЦЕНТРИОЛИ - две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром ок. 0,15 мкм, образующие клеточный центр всех животных и некоторых растительных клеток. При делении клетки центриоли расходятся к ее полюсам, определяя ориентацию веретена деления. ВЕРЕТЕНО ДЕЛЕНИЯ система микротрубочек в делящейся клетке, обеспечивающая расхождение и строго одинаковое (при митозе) распределение хромосом между дочерними клетками.

Эндоплазматическая сеть Рис. Эндоплазматическая сеть: гладкая и гранулярная структуры. Рядом фотография с увеличением в раз.

Ядро Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая состоит из двух мембран: наружной и внутренней. цитоплазмы Между ними находится узкое пространство, заполненное полужидким веществом. Через множество пор в ядерной оболочке осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой (в частности, выход и-РНК в цитоплазму). Внешняя мембрана часто бывает усеяна рибосомами, синтезирующими белок.РНКрибосомами Под ядерной оболочкой находится кариоплазма (ядерный сок), в которую поступают вещества из цитоплазмы. Кариоплазма содержит хроматин – вещество, несущее ДНК, и ядрышки.ДНК Ядрышко – это округлая структура внутри ядра, в которой происходит формирование хромосомхромосом

Хромосомы Хромосомы являются важнейшей составной частью клеточного ядра. В неделящихся клетках они имеют форму тончайших хроматиновых нитей и поэтому не видны. Во время деления нити хроматина спирально накручиваются на особые белки. Так образуются хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух спирально свернутых молекул ДНК, или хроматид. В определенных местах хромосомы образуется одна или несколько перетяжек. Одна из них называется первичной, или центромерой.

Дезоксирибонуклеиновые кислоты ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (ДНК) носитель генетической информации, ее отдельные участки соответствуют определенным генам, содержится во всех живых клетках. Молекула ДНК состоит из 2 полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин). Сочетания трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК (триплеты, или кодоны) составляют код генетический. Нарушения последовательности нуклеотидов в цепи ДНК приводят к наследственным изменениям в организме мутациям.

Рибонуклеиновые кислоты Различия в строении ДНК и РНК определяются содержанием различных углеводов - дезоксирибозы и рибозы. За редким исключением все PНK состоят из одиночных полинуклеотидных цепей. Их многомерные единицы содержат основания: аденин, гуанин, цитозин и урацил. РНК точно копируют информацию, записанную в ДНК и передают ее в рибосомы, где происходит синтез нужного белка. Рис. Строение цепочек ДНК и РНК

Комплекс Гольджи Гольджи комплекс(по имени К. Гольджи), представляет собой стопку мембранных мешочков и связанную с ними систему пузырьков. На наружной, вогнутой стороне стопки из пузырьков (отпочковывающихся, по-видимому, от гладкой эндоплазматической сети) постоянно образуются новые цистерны, на внутренней стороне цистерны превращаются обратно в пузырьки.К. Гольджи Основной функцией аппарата Гольджи является транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов, в частности, гликопротеина муцина, образующего слизь, а также воска, камеди и растительного клея. Аппарат Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.

Плазматическая мембрана Служит не только механическим барьером, но, главное, ограничивает свободный двусторонний поток в клетку и из нее низко- и высокомолекулярных веществ. Плазматическая мембрана в клетках всех живых организмов устроена одинаково. Ее толщина составляет 8 нм. Она состоит из сплошного двойного слоя липидных молекул. Молекулы белков встраиваются в слой липидов, располагаясь как на его внешней и внутренней поверхностях, так и в его толще.

Плазматическая мембрана Барьерно-транспортная роль мембраны. Плазматическая мембрана является полупроницаемой. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы. Транспорт ионов может проходить по градиенту концентраций, т. е. без затрат энергии. Такой тип переноса называется активным транспортом и осуществляется с помощью белковых ионных насосов. Например, затрачивая 1 молекулу АТФ, система К-Nа насоса откачивает за один цикл из клетки 3 иона Nа и закачивает 2 иона К против градиента концентрации. В других случаях специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом и переносят его через мембрану. Также через мембрану проходят различные сахара, нуклеотиды и аминокислоты. Макромолекулы, такие как, например, белки, через мембрану не проходят Рецепторная роль плазмалеммы Разнообразие и специфичность рецепторов (белков-переносчиков) на поверхности клеток позволяет клеткам отличать «своих» (той же особи или того же вида) от «чужих». См. Пиноцитоз и фагоцитозПиноцитозфагоцитоз

Митохондрии МИТОХОНДРИИ (от греч. mitos нить и chondrion зернышко, крупинка), органеллы животных и растительных клеток. В митохондрии протекают окислительно- восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. Число митохондрий в одной клетке от единиц до нескольких тысяч. У прокариот отсутствуют (их функцию выполняет клеточная мембрана).

Рибосомы Рибосомы - очень мелкие органоиды клетки, образованные рибонуклеиновыми кислотами и белками. Каждая рибосома состоит из двух частиц – малой(2) и большой(1). Образуются рибосомы в ядрышке, после чего поступают в цитоплазму. Основной функцией рибосом является синтез белков.

Лизосомы ЛИЗОСОМЫ (от lysis разложение и греч. soma тело) представляют собой мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Особенно много лизосом в животных клетках, здесь их размер составляет десятые доли микрометра. Лизосомы расщепляют питательные вещества, переваривают попавшие в клетку бактерии, выделяют ферменты, удаляют путём переваривания ненужные части клеток. Лизосомы также являются «средствами самоубийства» клетки: в некоторых случаях (например, при отмирании хвоста у головастика) содержимое лизосом выбрасывается в клетку, и она погибает.

Пластиды ПЛАСТИДЫ (от греч. plastos вылепленный), цитоплазматические органоиды растительных клеток. Нередко содержат пигменты, обусловливающие окраску пластиды. У высших растений зеленые пластиды хлоропласты, бесцветные лейкопласты, различно окрашенные хромопласты; у большинства водорослей пластиды называют хроматофорами.хлоропласты Рис. Пластиды

Строение хлоропласта (пластид) Хлоропласты, как и остальные пластиды, содержатся только в растительных клетках. Их наружная мембрана гладкая(2), а внутренняя (4) образует многочисленные складки. Внутренняя среда хлоропласта- строма (1). Между складками мембраны находятся стопки связанных с ней пузырьков, называемые гранами (3). В них расположены зерна хлорофилла - зеленого пигмента, играющего главную роль в процессе фотосинтеза. В хлоропластах образуется АТФ, а также происходит синтез белка.

Пиноцитоз ПИНОЦИТОЗ (от греч. pino пью, впитываю и kytos вместилище, здесь клетка) - поглощение клеткой из окружающей среды жидкости с содержащимися в ней веществами. Один из основных механизмов проникновения в клетку высокомолекулярных соединений

Фагоцитоз ФАГОЦИТОЗ, активный захват и поглощение живых клеток и неживых частиц одноклеточными организмами или особыми клетками фагоцитами. Фагоцитоз одна из защитных реакций организма, главным образом при воспалении. Открыт в 1882 И. И. Мечниковым.

Часть II: История изучения клетки Клеточная теория

Положения клеточной теории 1.Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. 2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ. 3. Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. 4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам их регуляции.

Методы исследования клетки Первым цитологическим методом была микроскопия живых клеток. Современные варианты прижизненной или витальной световой микроскопии фазово-контрастная, люминесцентная, интерференционная и другие позволяют изучать движение, деление, форму клеток и строение некоторых её структур. Детали строения Клетки обнаруживаются лишь после специального контрастирования, что достигается окраской убитой клетки. Рис. Внешний вид микроскопа ММИ-2

Методы исследования клетки: электронная микроскопия Новый этап изучения структуры клетки электронная микроскопия, дающая значительно большее разрешение структур клетки по сравнению со световой микроскопией. Рис. Строение электронного микроскопа

Методы исследования клетки Химический состав Клетки изучается цито- и гистохимическими методами, позволяющими выяснить локализацию и концентрацию веществ в клеточных структурах, интенсивность синтеза веществ и их перемещение в клетке. Цитофизиологические методы, такие как Авторадиография, Микроскопическая техника, Цитофотометрия, позволяют изучать функции клетки, например возбуждение, секрецию.Авторадиография Цитофотометрия

Цитология ЦИТОЛОГИЯ - наука о клетке. Изучает строение и функции клеток, их связи и отношения в органах и тканях у многоклеточных организмов, а также одноклеточные организмы. Цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин - она тесно связана с гистологией, анатомией растений, физиологией, генетикой, биохимией, микробиологией и др. Изучение клеточного строения организмов было начато микроскопистами XVII в: Роберт Гук ( ) Антони Ван Левенгук ( ) Марчелло Мальпиги ( )

Роберт Гук ГУК Роберт (18 июля 1635, Фрешуотер, о. Уайт 3 марта 1703, Лондон) английский естествоиспытатель, разносторонний ученый и экспериментатор, архитектор. Открыл (1660) закон, названный его именем. Высказал гипотезу тяготения. Сторонник волновой теории света. Улучшил и изобрел многие приборы, установил (совместно с Х. Гюйгенсом) постоянные точки термометра. Усовершенствовал микроскоп и установил клеточное строение тканей, ввел термин «клетка».

Антони Ван Левенгук ЛЕВЕНГУК (Leeuwenhoek) Антони Ван ( ) нидерландский натуралист, один из основоположников научной микроскопии. Изготовив линзы с кратным увеличением, впервые наблюдал и зарисовал (публикации с 1673) ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и их движение в капиллярах.

МАЛЬПИГИ Марчелло МАЛЬПИГИ (Malpighi) Марчелло ( ) итальянский биолог и врач, один из основателей микроскопической анатомии. Открыл капиллярное кровообращение. Описал микроскопическое строение ряда тканей и органов растений, животных и человека.

Теодор Шванн ШВАНН (Schwann) Теодор ( ) немецкий биолог, основоположник клеточной теории. На основании собственных исследований, а также работ М. Шлейдена и других ученых в классическом труде «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» (1839) впервые сформулировал основные положения об образовании клеток и клеточном строении всех организмов. Труды по физиологии пищеварения, гистологии, анатомии нервной системы. Открыл пепсин в желудочном соке (1836).

Роберт Броун Броун, (Brown) Роберт ( ), английский ботаник. Морфолого-эмбриологические исследования Броуна имели большое значение для построения естественной системы растений. Броун открыл зародышевый мешок в семяпочке, показал (1825), что семяпочки у хвойных и саговников не заключены в завязь, чем установил основное различие между покрытосеменными и голосеменными. Броун первые правильно описал ядро в растительных клетках. Открыл в 1827 броуновское движение (беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды)

Броуновское движение Броуновское движение -беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды. Рис. Траектории броуновских частиц, точками отмечены положения частиц через одинаковые промежутки времени.

Маттиас Якоб Шлейден Шлейден Маттиас Якоб ( , Гамбург, , Франкфурт-на-Майне), немецкий ботаник и общественный деятель. Реформатор современной ему ботаники; на основе индуктивного метода подверг в «Основах научной ботаники» (184243) резкой критике господствовавшие в то время натурфилософские и узкосистематические направления. Основные труды по анатомии и эмбриологии растений. Сыграл важную роль в создании клеточной теории. Один из предшественников и защитников дарвинизма. В конкретных исследованиях допустил ряд ошибок (представления о новообразовании клеток из бесструктурного вещества, о развитии зародыша из пыльцевой трубки).

Рудольф Вирхов ВИРХОВ (Virchow) Рудольф ( ), немецкий патолог, иностранный член- корреспондент Петербургской АН (1881). Выдвинул теорию целлюлярной патологии, согласно которой патологический процесс сумма нарушений жизнедеятельности отдельных клеток. Описал патоморфологию и объяснил патогенез основных патологических процессов. Один из основателей (1861) и лидеров немецкой прогрессивной партии, с 1884 Партии свободомыслящих.

Камилло Гольджи ГОЛЬДЖИ, КАМИЛЛО (Golgi, Camillo) (1844–1926), итальянский гистолог, удостоенный в 1906 Нобелевской премии по физиологии и медицине (совместно с С. Рамон- и-Кахалем) за разработку гистологических методов исследования нервной системы.С. Рамон- и-Кахалем В 1873 Гольджи впервые применил хромосеребряный метод окрашивания препаратов нервной ткани для микроскопии. С помощью этого метода наблюдал в срезах силуэты отдельных нейронов с отростками. Обнаружил два типа нервных клеток: с длинным аксоном и с коротким ветвящимся аксоном. Изучал структуру головного и спинного мозга, открыл аппарат, названный позднее его, Гольджи, именем.

Камилло Гольджи В 1886–1889 Гольджи показал, что разные формы малярии вызываются разными возбудителями, выявил принципиальное различие между злокачественной малярией и трехдневной и четырехдневной формами этого заболевания. Исследовал структуру почек и других органов, строение обонятельной луковицы.

Каспар Фридрих Вольф ВОЛЬФ Каспар Фридрих ( ), один из основоположников эмбриологии. По происхождению немец, в России с 1766, академик Петербургской АН (1767). Классический труд Вольфа «Теория зарождения» сыграл большую роль в борьбе с преформизмом и представлениями о неизменности видов, обосновании эпигенеза. Заложил основы учения об индивидуальном развитии организмов онтогенезе.

С.Ф. РАМОН-И-КАХАЛЬ РАМОН-И-КАХАЛЬ, САНТЬЯГО ФЕЛИПЕ (Ramón y Cajal, Santiago Felipe) (1852–1934), испанский нейрогистолог, удостоенный в 1906 Нобелевской премии по физиологии и медицине (совместно с К.Гольджи) за изучение строения нервной системы. Основное направление научных исследований Рамон-и-Кахаля – анатомия и гистология нервной системы. Ученый открыл отростки нервных клеток – дендриты (1890). Создал учение о нейроне как структурной единице нервной системы (1894). Подробное описание им структуры в месте контакта нейронов сыграло важную роль в развитии современных представлений о синапсах. Рамон-и-Кахалю принадлежат классические исследования по регенерации поврежденных нервов, строению сетчатки глаза, спинного мозга, мозжечка.

Ян Пуркине ПУРКИНЕ (Пуркинье) Ян Эвангелиста ( ), чешский естествоиспытатель, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1836). Фундаментальные труды по физиологии, анатомии, гистологии и эмбриологии, основал первый в мире Физиологический институт во Вроцлаве (1839). Классическое исследование по физиологии зрительного восприятия. Открыл ядро яйцеклетки; предложил (1839) термин «протоплазма». Боролся за возрождение чешского языка, литературы, науки и культуры.

Эволюция клеточной теории. Впервые наблюдал клеточное строение у растений на срезах пробки и стеблей различных живых растений английский ученый Роберт Гук, описавший свои наблюдения в труде «Микрография» (1685 г.) Роберт Гук стенки клеток образованы переплётом волокон «ткани»Английский ботаник Н. Грю полагал, что стенки клеток образованы переплётом волокон, наподобие текстиля, откуда и возник термин «ткани» (1682). мысль о единстве живой природыВ XVIIIв под воздействием философских идей в науке возникает мысль о единстве живой природы – попытку найти общее между животными и растениями сделал ученый К.Ф.Вольф., но его представления об общности процессов развития «пузырьков», «зёрнышек» и «клеток» были лишь провозвестниками будущей теории.К.Ф.Вольф.

Эволюция клеточной теории. клетки – не пустоты, а имеют собственную структуру.В начале XIX в, с развитием микроскопии, стало ясно, что клетки – не пустоты, а имеют собственную структуру. В учебнике немецкого ботаника Ф. Мейена (1830) клетка - общий структурный элемент тканей растений. исчезало после ее оформления Ядро в растительной клетке описал Р. Броун (1831), но внимание к ядру привлек М. Шлейден. По Шлейдену ядро играло важную роль в образовании клетки, но исчезало после ее оформления.Р. Броун М. Шлейден Но клетку ещё понимали как камеру, главная часть которой составляет её оболочка, а содержимое имеет второстепенное значение. по микроскопическому изучению содержимого клеткиВ начале 2-ой четверти XIX в работы чешского ученого Пуркине дали большой материал по микроскопическому изучению содержимого клетки. Но в своей теории «зернышек» Пуркине не видел разницы между различными включениями и органоидами.Пуркине

Эволюция клеточной теории. Заслуга оформления Клеточной теории принадлежит Т.Шванну, который, ознакомившись с исследованиями Шлейдена, увидел в ядре критерий для сопоставления тканевых структур животных и клеток растений.Т.Шванну Шванн продолжал считать главным компонентом клетки ее оболочку новообразовании клеток из бесструктурного вещества Но Шванн продолжал считать главным компонентом клетки ее оболочку, и воспринял ложное представление М. Шлейдена о новообразовании клеток из бесструктурного вещества. К. Зибольд в 1848 году распространил Клеточную теорию и на простейших. К середине XIX в. выяснилось, что главным в клетке является её «содержимое» протоплазма, а не оболочка. В 1858 немецкий патолог Р. Вирхов опубликовал «Целлюлярную патологию», в которой распространил Клеточную теорию на явления патологии и обратил внимание на ведущее значение ядра в клетке, провозгласив принцип образования клеток путём деления («каждая клетка из клетки»).Р. Вирхов

Завершение формирования Клеточной теории клетку перестали рассматривать как комочек протоплазмы. организм не считают простой суммой клетокВ конце XIX в. были открыты органоиды, и клетку перестали рассматривать как комочек протоплазмы. Со 2-ой половины XIX века организм не считают простой суммой клеток. Чем сложнее организм, тем более выступает его целостность, которая у животных осуществляется нервной и гуморальной системами, а у растений непосредственной цитоплазматической связью клеток. Современные Электронномикроскопические исследования укрепили основные положения Клеточной теории. Доказана универсальность клеточных органоидов в растительных и животных клетках.Современные Электронномикроскопические исследования укрепили основные положения Клеточной теории. Доказана универсальность клеточных органоидов в растительных и животных клетках.

АВТОРАДИОГРАФИЯ АВТОРАДИОГРАФИЯ (от авто... и радиография), метод регистрации распределения радиоактивных веществ в объекте. Пленка с чувствительной к радиоактивному излучению эмульсией накладывается на поверхность (срез). Радиоактивные вещества как бы сами себя фотографируют (отсюда название). Места почернения на пленке после проявления соответствуют локализации радиоактивных частиц. Используется в биологии, медицине, технике.

ЦИТОФОТОМЕТРИЯ ЦИТОФОТОМЕТРИЯ (цитоспектрофотометрия), спектральный метод количественного и качественного изучения химических веществ клетки по избирательному поглощению ими ультрафиолетовых, видимых или инфракрасных лучей.

Информация об авторе Автор работы - ученица Гатчинской школы 1 Петрова Даша. г. Гатчина 2007 год.

Список используемых источников: «Большая Советская Энциклопедия» и «Большая Энциклопедия Кирилла и Мефодия» Ресурсы Интернета: