Элементарной структурной и функциональной единицей организма является клетка. Все клетки организма имеют сходное строение. Снаружи они покрыты мембраной. На поверхности мембраны расположены рецепторы — белковые образования, которые способны реагировать на действия различных раздражителей.
Внутри клетки, как правило, имеется ядро и цитоплазма — вязкое полужидкое вещество, в котором находятся различные органеллы — биологические образования, отвечающие за определенные функции в клетке.
В каждой клетке постоянно происходят процессы метаболизма: процесс распада сложных органических соединений на более простые и процесс образования новых. Для роста и обновления клеток необходимо постоянное поступление кислорода и питательных веществ. Незаменимыми участниками химических реакций в клетках являются биологические катализаторы — ферменты. Они в тысячи раз увеличивают скорость протекания химических реакций, тем самым экономят значительное количество энергии. На активность ферментов существенное влияние оказывают окружающие условия. Так, наиболее благоприятными для ферментов являются температуры в диапазоне от 36 до 38 °C. Повышение температуры тела свыше 38 °C чревато тем, что структура ферментов будет нарушена и обменные процессы в клетках значительно замедлятся. Некоторые ферменты лучше функционируют в кислой среде (ферменты желудка), другие — в слабощелочной.
Клетки специализируются на выполнении определенных функций в организме. Из клеток образуются ткани. В организме человека различают ткани четырех типов: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. Эпителиальная ткань покрывает внутреннюю часть тела, выстилает полости тела и внутренних органов, образует большую часть желез.
Соединительную ткань составляют основные клетки и межклеточное вещество. Соединительная ткань образует кости, хрящи, оболочки различных органов. Соединительной тканью также называют жировую ткань, кровь, лимфу и так называемую ретикулярную ткань, образующую кроветворные органы. Ткань этого типа принимает участие в заживлении ран, поскольку обладает высокой способностью к восстановлению, благодаря ей на месте повреждения образуется соединительнотканный рубец.
Мышечная ткань обеспечивает передвижение человека, а также движение частей его тела. Главной особенностью ткани данного типа является способность к сокращению.
Нервная ткань отвечает за проведение нервного импульса, возникающего в ответ на раздражение, к нервным центрам, а от них — к органам, ответственным за реакцию на раздражение. Нервная ткань в своем составе имеет нейроны, из отростков которых образуются нервные волокна, и элементы нейроглии, через которую к нейронам поступают кислород и питательные вещества.
Несколько тканей, объединенных для выполнения определенной функции, образуют орган. Орган имеет определенную форму и строение и отвечает за выполнение одной или нескольких специфических функций. В свою очередь, органы, выполняющие в организме общую функцию, объединяются в физиологическую систему. В организме человека выделяют следующие физиологические системы: нервную, эндокринную, опорно-двигательную, кровеносную, дыхательную, пищеварительную, мочеполовую и сенсорные системы.
Для реализации разнообразных функций и обеспечения процессов жизнедеятельности необходима взаимосогласованность различных органов и систем. Так, для осуществления движения необходимо взаимодействие опорно-двигательной и нервной систем. Объединение различных органов и физиологических систем, направленное на достижение полезного результата, называют функциональными системами.
Таким образом, организм представляет собой единое целое, сбои в одной из его систем могут привести к нарушению других функций.
Основные структурно-функциональные единицы организма
КЛЕТКА — мельчайшая оформленная частица организма, возникшая и оформившаяся в процессе исторического развития как высокоорганизованная форма живой материи. Несмотря на многообразие форм и разнообразие выполняемых функций, строению растительных и животных клеток присущи морфологические черты, служившие основанием в России П. Ф. Горянинову (1834), в Чехии Я. Пуркине (1837) высказать идею о клеточном строении всех организмов, нашедшую отражение в клеточной теории, разработанной немецкими биологами Т. Шванном (1810—1882) и М. Шлейденом (1804—1881) в 1839 г.
Читайте также: Как сделать символ 2021 года своими руками из ткани
Клетки по своим размерам колеблются от 2 до 2U0 мкм, а по форме могут быть плоскими, кубическими, цилиндрическими, сферическими, звездчатыми.
Составными структурными элементами каждой клетки являются цитоплазма, ядро и органеллы, к важнейшим из которых относятся центросом, митохондрии, рибосомы, сетчатый аппарат (комплекс ГольДжи).
Продолжительность жизни отдельных клеток незначительна (клетки крови- и многослойного эпителия), в то время как другие живут значительный срок (клетки соединительной ткани) или сохраняются на всю жизнь (нервные клетки). По мере отмирания и гибели одних клеток происходит их восполнение другими за счет размножения малодифференцированных клеток (камбиальные клетки) или путем деления сохранившихся. Деление может осуществляться путем прямого (амитоз) и непрямого, кариокинетического (митоз) деления. Иначе обстоит дело с развитием половых клеток, которые в отличие от соматических в результате редукционного деления (мейоз) после созревания имеют не диплоидное, а гаплоидное число хромосом.
После оплодотворения, в силу происшедшей взаимной ассимиляции мyжскoй и женской гамет (gametes — супруг), наступает одноклеточная стадия развития организма, или зигота (zeygos — пара), для которой характерно наличие двойного (диплоидный) набора хромосом, свойственного для соматических клеток. Зигота на всех последующих стадиях внутриутробного развития служит единственным источником для образования всех тканей и органов тела животного.
Орган– это часть организма, которая построена из взаимосвязанных тканей, имеет определенную форму и выполняет специфическую функцию. В каждом органе одна ткань является главной (рабочей). Она выполняет основную функцию органа: для мышц- это мышечная ткань, для головного мозга- нервная ткань, для желез- эпителиальная. Эта ткань составляет паренхиму органа.
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
| Прокариотические клетки | Эукариотические клетки |
| Малые размеры (0,5-3 мкм) | Более крупные размеры (10 мкм) |
| Отсутствует обособленное ядро | Имеется обособленное ядро |
| Генетический материал в виде кольцевой ДНК, не связанной с белками | Генетический материал в виде хромосом (ДНК + белки-гистоны) |
| Отсутствует развитая сеть мембран, нет мембранных органелл | Развита сеть мембран, имеются мембранные органеллы |
| Рибосомы – 70S* | Рибосомы – 80S* |
| Отсутствует клеточный центр | Имеется клеточный центр (искл. – высшие растения) |
| Не характерно внутриклеточное движение цитоплазмы | Характерно внутриклеточное движение цитоплазмы |
* — коэффициент седиментации, указывает на скорость осаждения при ультрацентрифугировании, зависит от молекулярной массы и формы частиц.
Строение эукариотической клетки. Типичная эукариотическая клетка состоит из трех компонентов: цитоплазматической мембраны (плазмалеммы), цитоплазмы и ядра (рис. 12).
Читайте также: Материал смесовая ткань что это такое
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.
Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети. Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа — гранулярная и гладкая.
На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец — рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети — участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах. На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки.
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.
Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической деятельности клетки — белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме.
Митохондрии. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран — наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя
мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами. Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основная функция — синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), универсального источника энергии, необходимого для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.
Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые — хлоропласты; красные, оранжевые и желтые — хромопласты; бесцветные — лейкопласты. В пластидах, как и митохондриях, имеется две мембраны: наружная (гладкая) и внутренняя, образующая выпячивания (ламеллы и тилакоиды). В хлоропластах имеется хлорофилл, основная их функция – фотосинтез.
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.
Читайте также: Как сшить мех с тканью
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.
Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом — это синтез белка.
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.
Клеточный центр. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца — центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную
роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления.
Ядро – наиболее важный компонент эукариотических клеток.
В состав ядра входят ядерная оболочка и кариоплазма, содержащая хроматин (хромосомы) и ядрышки. Ядерная оболочка образована двумя мембранами (наружной и внутренней) и содержит многочисленные поры, через которые между ядром и цитоплазмой происходит обмен различными веществами. Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой гелеобразный раствор, в котором находятся разнообразные белки, нуклеотиды, ионы, а также хромосомы и ядрышко. Ядрышко – небольшое округлое тельце, интенсивно окрашивающееся и обнаруживающееся в ядрах неделящихся клеток. Функция ядрышка – сборка субчастиц рибосом.
Хроматин образован молекулами ДНК в комплексе с белками. В процессе деления клеток происходит спирализация ДНК и хроматиновые структуры образуют хромосомы. Обычно в ядрах клеток тела (соматических) хромосомы представлены парами, в половых клетках они не парны. Одинарный набор хромосом в половых клетках называют гаплоидным (n), двойной набор хромосом в соматических клетках — диплоидным (2n). Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, величиной и формой хромосом, называют кариотипом.
Несмотря на единый принцип строения, между клетками эукариотических организмов разных царств имеются различия (табл. 2).
Сравнительная характеристика эукариотических клеток
| Признак | Клетки | ||
| Грибов | Растений | Животных | |
| Клеточная стенка | Из хитина | Из целлюлозы | Нет |
| Крупная вакуоль | Есть | Есть | Нет |
| Хлоропласты | Нет | Есть | Нет |
| Способ питания | Гетеротрофный | Автотрофный | Гетеротрофный |
| Центриоли | У некоторых видов | У низших растений, мхов, папоротников | Есть |
| Резервный питательный углевод | Гликоген | Крахмал | Гликоген |
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.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом