Зміст
- Ключові віхи розвитку клітинної теорії
- Основні положення теорії М. Шлейдена і Т. Шванна
- Доядерние і ядерні форми життя
- Хімічний склад
- Неорганика організмів
- Органічні сполуки
- Методи вивчення клітинної структури
- Особливості розмноження прокаріотів та еукаріотів
Все живе на планеті складається з клітин, а в разі бактерій одна клітина є повноцінним живим організмом. І як рослини, тварини і бактерії відрізняються один від одного за зовнішнім виглядом і будовою, так і їх клітини різняться між собою. Виняток становлять фаги – віруси, які є прикладом неклеточной життя.
Ключові віхи розвитку клітинної теорії
Сам термін «клітина» вперше застосував в 1665 році Р. Гук («мікрографії») при описі структури пробки.
У 70-і роки 17 століття М. Мальпігі і М. Грю досліджували клітинну будову рослин.
В цей же час А. Левенгук відкрив і описав бактерії – одноклітинні організми.
Антоній Левенгук
Дослідження в 17 і 18 століттях носило епізодичний характер, і у зв’язку з недосконалістю мікроскопів виникало безліч помилкових припущень про клітинному будову.
У 19 столітті теорія про клітинному будову організмів отримала додаткове підтвердження, що стало наслідком конструктивного удосконалення оптичних мікроскопів, зокрема використання ахроматичних лінз.
Ф. Лінк і Молднхоуер на прикладі рослин доводять, що клітина є відокремленою структурою організму, Ф. Мейен описує клітинний обмін як процес, самостійний для кожної клітини.
Значний внесок у створення клітинної теорії зробив Пуркіньє і його учні. Вони проводили дослідження тварин тканин, зокрема тканин людини, і зіставляли отримані дані з наявною інформацією по рослинним клітинам. Я. Пуркіньє першим відкрив і описав протоплазму клітини (1825 г.) Однак висновок про гомології клітин рослин і тварин у той час зроблений не був.
Вивчення мікробів в лабораторії
Р. Броун в 1831 році вперше описав клітинне ядро і висунув припущення, що воно є частиною клітини рослин.
У 1838 р німецькі вчені М. Шлейден (ботанік) і Т. Шванн (зоолог) незалежно один від одного прийшли до ідеї, що живий організм (у М. Шлейдена – рослина, а у Т. Шванна – тварина) складається з окремих клітин .
Спираючись на розробки своїх попередників, М. Шлейден і Т. Шванн сформулювали основи клітинної теорії (1838-39 рр.) Живих організмів – бактерій, рослин і тварин.
Основні положення теорії М. Шлейдена і Т. Шванна
Найважливіше значення у вивченні і розумінні процесів у живих організмах мали наступні положення висунутої теорії:
всі живі організми складаються з клітин;
ріст рослин і тварин відбувається в результаті розмноження клітин.
Значний внесок у розвиток клітинної теорії вніс (1858 г.) Р. Вірхов, висунувши положення, що клітина бактерій, рослин або тварин виникає тільки з клітки, та інших можливостей не існує.
Макет бактерії
Сучасна теорія є розвитком положень М. Шлейдена і Т. Шванна, що спирається на зрослі технічні можливості. Вона включає в себе наступні ключові положення про клітці:
вона є елементарною одиницею практично всіх живих організмів, виняток становлять неклітинні форми – віруси;
у бактерій, рослин і тварин вони гомологични (подібні за основними властивостями і відрізняються по другорядних);
розмножуються шляхом ділення, тобто нові клітини завжди виникають з попередніх клітинних тканин.
Все живе складається з клітин. У світлі цього постулату вчені не прийшли до єдиної думки, чи слід вважати фаги (віруси) живими організмами, адже основні ознаки живого (розмноження, обмін речовин та ін.) У них відсутні і можуть проявлятися лише в чужому організмі, а самі фаги є поза її лише досить складним хімічним з’єднанням.
За своєю суттю, фаги є облігатними (не живуть поза тіла господаря) паразитами. Вони поширені так само широко, як і всі інші організми – повітря, водойми і суша населені не тільки ядерними і доядернимі формами життя, але й фагами, які можуть вражати як прокариотов, так і еукаріотів.
Будова і зовнішній вигляд бактеріофага
Фаги є найпоширенішою формою органічної матерії – у водоймах їх міститься величезна кількість – в 1 мл води налічується до одиниць фагів.
Відомо, що віруси можуть вражати не тільки бактерії, такі фаги називають бактеріофагами, а й усіх еукаріотів – рослини, гриби і тварин. Таким чином, роль фагів стає очевидною – вони є важливою ланкою в механізмі регулювання чисельності всього живого на планеті.
Доядерние і ядерні форми життя
Все живе можна розділити на 2 групи:
прокаріоти (бактерії і архебактерии);
еукаріоти (рослини і тварини).
Прокаріоти і еукаріоти
Незважаючи на спільне походження, клітини бактерій мають не так багато схожих ознак з рослинами і тваринами, до них відносяться:
наявність зовнішнього замкнутого шару – фосфоліпідної мембрани;
присутність спадкового матеріалу – рибосоми і хромосоми.
Хімічний склад
Важливою характеристикою живої клітини є її хімічний склад.
Клітинне речовина бактерій, рослин і тварин являє собою складний двофазний колоїд:
цитоплазматичний матрикс, здатний переходити від рідкого до твердого агрегатного стану;
мембранна система, що виконує роль більш рідкої складової.
Хімічний склад бактеріальної клітини
Елементарний клітинний склад налічує понад 70 одиниць і в процентному співвідношенні по зменшенням розподіляється наступним чином:
кисень – 65%;
вуглець -18%;
водень – 10%;
азот – 3%;
кальцій, калій, фосфор, хлор і сірка.
Дана група хімічних елементів присутній завжди в значній кількості і носить назву макроелементів.
Мікроелементи, такі як мідь, марганець, селен, кобальт та інші, також є обов’язковою частиною клітини, але необхідні в малих кількостях.
Хімічні елементи присутні не у вигляді молекул чистого речовини – вони утворюють різні органічні і неорганічні сполуки, що мають свою роль у процесі життєдіяльності організму.
Неорганика організмів
Виняткове значення для життєдіяльності будь-якої форми – бактерій, рослин, грибів або тварин – має вода.
Будова бактеріальної клітини
Це неорганічне з’єднання є:
середовищем для проведення реакцій;
розчинником хімічних речовин;
частиною механізму виведення продуктів обміну;
гарантом стабільного температурного режиму прокаріотів та еукаріотів.
Крім води, в структурі присутні мінеральні солі, вони є частиною клітинної протоплазми.
Органічні сполуки
Основними органічними сполуками, які беруть участь у будові і життєдіяльності організмів бактерій, рослин, грибів і тварин, є вуглеводи (прості і складні), ліпіди, стероїди, білки, АТФ і нуклеїнові кислоти.
Нуклеоїд бактеріальної клітини
Роль біологічних молекул в живих організмах полягає в наступному:
вуглеводи (з’єднання вуглецю, водню і кисню) є складовою частиною мембранних систем і найважливішим енергетичним джерелом;
ліпіди (з’єднання спиртів і жирних кислот) відіграють роль накопичувачів енергії;
стероїди – дані речовини є гормонами;
білки – складні з’єднання зі значною молекулярною масою; є будівельним матеріалом, а також каталізаторами, гормонами, токсинами і антитілами, внаслідок деструкції стають джерелами енергії;
АТФ – здійснює обмін енергії і речовини, є джерелом енергії для біохімічних процесів;
нуклеїнові кислоти – ДНК і РНК – є носіями генетичної інформації.
Методи вивчення клітинної структури
У зв’язку з мікроскопічними розмірами вивчення будови клітин стало можливим тільки з появою мікроскопів.
мікроскопічний метод
Сучасна наука використовує для дослідження цітопроцессов системно-структурні методики, об’єднуючі мікроскопічну техніку і цитологічні дослідження.
Для вивчення процесів у клітинах бактерій, рослин, грибів і тварин використовуються наступні техніки микроскопирования:
1. Світлова – використовуються оптичні мікроскопи, роздільна здатність до 105 крат (проекція на екран); має модифікації:
фазово-контрастна – використовуються оптичні мікроскопи для отримання зображень прозорих об’єктів;
ультрафіолетова та інфрачервона – оптичні мікроскопи оснащуються флуоресцентними екранами, об’єкти вивчають у УФ-або ІЧ-частинах спектра;
люмінесцентна – метод заснований на появі люмінесценції під впливом УФ-випромінювання.
2. Електронна – застосування скануючих електронних мікроскопів дозволило отримати тривимірне зображення клітини, а додаткове використання сповільненою кінозйомки дало можливість записати процес життєдіяльності самої клітини.
Вирощування бактерій в чашці Петрі
Цитологічні дослідження використовують цитохимические методи – виборче фарбування певних ділянок цитоплазми, а також методики авторадіографії – введення радіоактивних ізотопів водню, фосфору або вуглецю в клітку і відстеження їх на фотоемульсіях.
Цитологи здатні виділити окремі компоненти клітини методами диференціального центрифугування. Застосування при аналізі хроматографов дозволяє розділити біологічні молекули, а їх просторове розташування визначають методами рентгеноструктурного аналізу.
Особливості розмноження прокаріотів та еукаріотів
Порівняльна характеристика процесу проліферації (розмноження) доядерних і ядерних організмів виявляє різні процеси, що протікають при розмноженні в клітинах прокаріотів та еукаріотів.
Розмноження без’ядерної клітини здійснюється простим поділом на 2 рівноцінні за розміром та складом частини, кожна з яких є носієм однаковою генетичної інформації.
Еукаріотичні клітини розмножуються по одному з двох механізмів:
мітоз – непрямий поділ, основне для ядерних форм; відбувається поділ ядра з утворенням батьківського набору хромосом в кожному з дочірніх ядер, далі відбувається розподіл самої клітини;
мейоз – поділ клітини зі зменшенням хромосомного набору вдвічі – утворюються гамети, при заплідненні відбувається злиття гамет, новий організм має повний набір хромосом.
Незалежно від того, є клітина прокаріотів або еукаріоти, вона завжди пов’язана з життям. У відсутності клітини життя не існує.