Немецкие ученые м шевчук т шванн. Клеточная теория Шлейдена и Шванна,ее значение для развития биологии. А16. Фагоциты человека способны

9. Основные положения клеточной теории Шлейдена и Шванна. Какие дополнения внес в эту теорию Вирхов? Современное состояние клеточной теории.

Основные положения клеточной теории Т. Шванна можно сформулировать следующим образом.

Клетка - элементарная структурная единица строения всех живых существ.

Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре.

М. Шдейден и Т. Шванн ошибочно считали, что главная роль в клетке принадлежит оболочке и новые клетки образуются из межклеточного бесструктурного вещества. В дальнейшем в клеточную теорию были внесены уточнения и дополнения, сделанные другими учеными.

В 1855 г. немецкий врач Р. Вирхов приходит к выводу, что клетка может возникнуть только из предшествующей клетки путем ее деления.

На современном уровне развития биологии основные положения клеточной теории можно представить следующим образом.

Клетка - элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.

Клетки всех живых организмов сходны по строению и химическому составу.

Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.

Клеточное строение организмов - доказательство единства происхождения всего живого.

10. Химический состав клетки

11. Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Организация наследственного материала у про- и эукариот.

Выделяют два типа клеточной организации:

1) прокариотический, 2) эукариотический.

Общим для клеток обоих типов является то, что клетки ограничены оболочкой, внутреннее содержимое представлено цитоплазмой. В цитоплазме находятся органоиды и включения. Органоиды - постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции. Органоиды могут быть ограничены одной или двумя мембранами (мембранные органоиды) или не ограничены мембранами (немембранные органоиды). Включения - непостоянные компоненты клетки, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена или конечных его продуктов.

В таблице перечислены основные различия между прокариотическими и эукариотическими клетками.

12. Сходство и различие растительной и животной клетки. Органоиды специального и общего назначения.

Строение растительной клетки.

Есть пластиды;

Автотрофный тип питания;

Синтез АТФ происходит в хлоропластах и митохондриях;

Имеется целлюлозная клеточная стенка;

Крупные вакуоли;

Клеточный центр только у низших.

Строение животной клетки.

Пластиды отсутствуют;

Гетеротрофный тип питания;

Синтез АТФ происходит в митохондриях;

Целлюлозная клеточная стенка отсутствует;

Вакуоли мелкие;

Клеточный центр есть у всех клеток.

Сходства

Принципиальное единство строения (поверхностный аппарат клетки, цитоплазма, ядро.)

Сходство в протекании многих химических процессов в цитоплазме и ядре.

Единство принципа передачи наследственной информации при делении клетки.

Сходное строение мембран.

Единство химического состава.

О рганеллы общего назначения : эндоплазматическая сеть: гладкая, шероховатая; комплекс Гольджи, митохондрии, рибосомы, лизосомы (первичные, вторичные), клеточный центр, пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты);.

Органеллы специального назначения: жгутики, реснички, миофибриллы, нейрофибриллы; включения (непостоянные компоненты клетки): запасные, секреторные, специфические.

Клеточная теория, одно из наиболее важных обобщений в биологии, была сформулирована в 1839 г. немецкими учеными — зоологом Теодором Шванном и ботаником Маттиасом Шлейденом.

Появлению клеточной теории предшествовал довольно долгий период накопления данных о строении живых существ. История изучения клеток напрямую связана с изобретением микроскопа и совершенствованием оптической техники. Одним из тех, кто придумал этот инструмент, был великий Галилео Галилей (1610 г.). Первые же микроскопы появились на рубеже XVI-XVII вв.

Английский ученый Роберт Гук в своей книге «Микрография» (1667 г.) впервые описал клеточную структуру растительных тканей. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы пробки, сердцевины бузины и т. п., Р. Гук отметил ячеистое строение тканей растений и назвал эти ячейки клетками (рис. 1).

Важнейшие открытия были сделаны в XVII в. и голландским ученым-самоучкой Антоном ван Левенгуком. Он описал одноклеточные организмы (инфузории) и клетки животных (эритроциты, сперматозоиды).

Работы Р. Гука и А. Левенгука послужили толчком для систематических микроскопических исследований различных живых организмов. Уже в XIX в. были выявлены различные внутриклеточные компоненты: ядро (Р. Броун,1831 г.), протоплазма (Я. Пуркинье,1837 г.), хромосомы (В. Флемминг,1880 г.), митохондрии (К. Бенуа, 1894 г.) аппарат Гольджи (К. Гольджи,1898 г.).

Новый этап в изучении тонкого строения клеток начался с момента изобретения электронного микроскопа (1938 г.). Данный инструмент позволяет исследовать строение мельчайших внутриклеточных компонентов и в сочетании с биохимическими и молекулярно-биологическими методами определять их функции.
Основное значение теории Т. Шванна и М. Шлейдена заключается в том, что они показали принципиальное сходство клеток растений и животных. Это положение явилось важнейшим доказательством единства живой природы. Столь же значимо и представление о самостоятельной жизнедеятельности каждой отдельной клетки.

Современная наука подтверждает основные положения теории Т. Шванна и М. Шлейдена. Действительно, все известные живые организмы состоят из клеток (о вирусах мы уже говорили в главе 2), т. е. клетка выступает структурной единицей живого. На клеточном уровне мы обнаруживаем проявление таких фундаментальных свойств живого, как способность к самовоспроизведению, обмен веществ, наследственность и изменчивость, раздражимость и движение, индивидуальное развитие. Следовательно, клетка это и функциональная единица живого.

В работах Р. Вирхова (1855-1858 гг.) был сформулирован тезис «всякая клетка от клетки», т. е. речь идет об образовании новых клеток путем деления исходной (материнской). Сегодня это признано как биологический закон (нет иных путей образования клеток и увеличения их числа).

Обобщая все изложенное выше, сформулируем основные положения клеточной теории:
Клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, является наименьшей структурной единицей живого.

Клетки всех организмов (как одно-, так и многоклеточных) сходны по химическому составу, строению, основным проявлениям обмена веществ и жизнедеятельности.
Размножение клеток происходит путем их деления (каждая новая клетка образуется при делении материнской клетки);

Значение клеточной теории

Cтало ясно, что клетка — важнейшая составляющая часть живых организмов, их главный морфофизиологический компонент. Клетка — это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира.

В 1838 - 1839 гг. два немецких ученых - ботаник М. Шлейден и зоолог Т. Шванн, собрали все доступные им сведения и наблюдения в единую теорию, утверждавшую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.

Спустя примерно 20 лет после провозглашения Шлейденом и Шванном клеточной теории другой немецкий ученый - врач Р. Вирхов сделал очень важное обобщение: клетка может возникнуть только из предшествующей клетки. Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки и этой клеткой является зигота.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

Размножение клеток происходит путем их деления, т.е. каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Положения о генетической непрерывности относятся не только к клетке в целом, но и к некоторым из ее более мелких компонентов - к генам и хромосомам, а также к генетическому механизму, обеспечивающему передачу вещества наследственности следующему поколению,

В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой им функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

3 Типы существующих клеток и их общая структура.

Все клетки делят на две общие группы: -- одну группу составляют бактерии и цианобактерии, которых называют доядерными (прокариотическими), так как у них нет оформленного ядра и некоторых других органоидов; -- другую группу (их большинство) составляютэукариоты , клетки которых содержат ядра и различные органоиды, выполняющие специфические функции. (см. Классификацию живых организмов по Маргелису и Шварцу (Рисунок 2)

Прокариотическая клетка - самая простая и, судя по данным палеонтологической летописи, это, вероятно, первая клетка, возникшая 3-3,5 млрд лет тому назад. Она имеет малые размеры (например, клетки микоплазмы достигают 0,10-0,25 мкм).

Эукариотическая клетка организована гораздо сложнее прокариотической. Из эукариотических клеток в данном курсе изучаются животная и растительная клетки,клетка плесени и клетка дрожжей. Представителями прокариотов является бактериальная клетка.

Таблица 1. Сопоставление некоторых черт прокариотной и эукариотной клеточной организации

Клетка эукариотов состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: плазматической мембраны (плазмалеммы), цитоплазмы и ядра. У растительной клетки поверх мембраны имеется наружная стенка из целлюлозы и других материалов, выполняющих важную роль, которая представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток, пропускает воду, соли, молекулы многих органических веществ. У большинства клеток (особенно животных) наружная сторона мембраны покрыта слоем полисахаридов и гликопротеидов (гликокаликс). Гликокаликс - очень тонкий, эластичный слой (в световой микроскоп не виден). Он, как и целлюлозная стенка растений, осуществляет прежде всего функцию непосредственной связи клеток с внешней средой, однако, он не обладает опорной функцией, как у стенки растительной клетки. Отдельные участки мембраны и гликокаликса могут дифференцироваться и превращаться в микроворсинки (обычно на поверхности клетки, которая контактирует с окружающей средой), межклеточные соединения и связи, находящиеся между клетками ткани и имеющими различную структуру. Одни из них играют механическую роль (межкле-точные соединения), а другие участвуют в межклеточных обменных процессах, изменяя электрический потенциал мембраны. Итак, каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра, снаружи она покрыта мембраной (плазмолеммой), разграничивающей одну клетку от соседних. Пространство между мембранами соседних клеток заполнено жидким межклеточным веществом.

Между клетками растений и животных нет принципи­альных различий по структуре и функциям. Некоторые отличия касаются лишь строения их мембран, клеточных стенок и отдельных органелл. На рисунке можно легко обнаружить отличия животной и растительной клеток

Как бы ни были сходны животная и растительная клетки –между ними имеются значительные отличия. Основным отличием является отсутствие в растительной клетке клеточного центра с центриолями, который имеется в животной клетке и вакуолей с водой, которые занимают Существенным отличием названных клеток является присутствие в растительной клетке хлоропластов, которые обеспечивают фотосинтез растений и другие функции.

достаточно большое пространство в клетке и обеспечивают этим тургор растений.

Рисунок 25 – Отличия животной и растительной клетки

В таблице 2 представлены отличительные признаки растительных и животных клеток.

4 Строение биологических мембран.

Основной компонент мембран – фосфолипиды - образуются при присоединении к глицерину вместо третьей жирной кислоты – фосфорной кислоты

Рисунок 3 – Липид (схематичное изображение)

Жирные кислоты представляют из себя длинную или короткую цепочку из атомов углерода и водорода, иногда содержащие двойные связи. Они обладают выраженными гидрофобными свойствами.

Рисунок 4 - Схема жирных кислот

Фосфолипиды, являясь по своей химической структуре сложным эфиром многоатомных спиртов с жирными кислотами содержат в качестве добавочных структурных элементов остаток фосфорной кислоты и гидрофильное основание. Головка фосфолипида, включая кроме остатка спирта -глицерида, остаток фосфорной кислоты и основание, обладает выраженными гидрофильными свойствами.

В силу выраженной полярности, фосфолипиды в воде образуют структуру, представленную на рисунке 5.

Рисунок 5 - Капля жира в воде (А) и фосфолипидный бислой мембран (В)

Липиды и белки. В основе мембраны лежит двойной слой липидов и фосфолипидов. Хвосты молекул обращены в двойном слое друг к другу, а полярные головки остаются снаружи, образуя гидрофильные поверхности.

Молекулы белков не образуют сплошного слоя, (рисунок 6) они располагаются в слое липидов, погружаясь на разную глубину (есть периферические белки, часть белков пронизывает мембрану насквозь, часть погружена в слой липидов) и выполняя различные функции. Молекулы белков и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны.

Гликолипиды и холестерол. В мембранах содержатся также гликолипиды и холестерол. Гликолипиды - это липиды с присоединенными к ним углеводами. Как и у фосфолипидов, у гликолипидов имеются полярные головы и неполярные хвосты. Холестерол близок к липидам; в его молекуле также имеется полярная часть.

Гидрофильная головка фосфолипида

Гидрофобный хвост фосфолипида

Рисунок 6 - Схема фосфолипидного слоя мембраны с встроенными белками.

В 1972 г. Сингер и Николсон предложилижидкостно-мозаичную модель мембраны (рисунок 7), согласно которой белковые молекулы плавают в жидком фосфолипидном бислое. Они образуют в нем как бы своеобразную мозаику, но поскольку бислой этот жидкий, то и сам мозаичный узор не жестко фиксирован; белки могут менять в нем свое положение. Покрывающая клетку тонкая мембрана напоминает пленку мыльного пузыря - она тоже все время «переливается». Ниже суммированы известные данные, касающиеся строения и свойств клеточных мембран.

Рисунок 7 - А. Трехмерное изображение жидкостно-мозаичной модели мембраны. Б. Плосткостное изображение. Гликопротеины и гликолипиды связаны только с наружной поверхностью мембраны.

1. Толщина мембран составляет около 7 нм.

2. Основная структура мембраны - фосфолипидный бислой.

3. Гидрофильные головы фосфолипидных молекул обращены наружу - в сторону водного содержимого клетки и в сторону наружной водной среды.

4. Гидрофобные хвосты обращены внутрь - они образуют гидрофобную внутреннюю часть бислоя.

5. Фосфолипиды находятся в жидком состоянии и быстро диффундируют внутри бислоя.

6. Жирные кислоты, образующие хвосты фосфолипидных молекул, бывают насы­щенными и ненасыщенными. В ненасыщенных кислотах имеются изломы, что делает упаковку бислоя более рыхлой. Следовательно, чем больше степень ненасыщенности, тем более жидкую консистенцию имеет мембрана.

7. Большая часть белков плавает в жидком фосфолипидном бислое, образуя в нем своеобразную мозаику, постоянно меняющую свой узор.

8. Белки сохраняют связь с мембраной, поскольку в них есть участки, состоящие из гидрофобных аминокислот, взаимодействующих с гидрофобными хвостами фосфолипидов: то есть – они склеиваются, а вода из этих мест выталкивается. Другие участки белков гидрофильны. Они обращены либо к окружению клетки, либо к ее содержимому, т. е. к водной среде.

9. Некоторые мембранные белки лишь частично погружены в фосфолипидный бислой, тогда как другие пронизывают его насквозь.

10. К некоторым белкам и липидам присоединены разветвленные олигосахаридные цепочки, играющие роль антенн. Такие соединения называются соответственно гликопротеинами и гликолипидами.

11. В мембранах содержится также холестерол. Подобно ненасыщенным жирным кислотам он нарушает плотную упаковку фосфолипидов и делает их более жидкими. Это важно для организмов, живущих в холодной среде, где мембраны могли бы затвердевать. Холестерол делает мембраны также более гибкими и вместе с тем более прочными. Без него они бы легко разрывались.

12. Две стороны мембраны, наружная и внутренняя, различаются и по составу, и по функциям.

Фосфолипидный бислой, как уже было сказано, составляет основу структуры мембраны. Он также ограничивает проникновение полярных молекул и ионов в клетку и выход их из нее. Ряд функций выполняют и другие компоненты мембран.

5 Функции биологических мембран. Транспорт через мембрану

Мембранные структуры являются «ареной» важнейших жизненных процессов, причем двухслойное строение мембранной системы значительно увеличивает площадь «арены». Кроме того, мембранные структуры обеспечивают отделение клеток от окружающей среды. Помимо мембран общего назначения в клетках существуют внутренние мембраны, которые ограничивают клеточные органеллы.

Регулируя обмен между клеткой и средой, мембраны обладают рецепторами, которые воспринимают внешние стимулы. В частности, примерами восприятия внешних стимулов являются восприятие света, движение бактерий к источнику пищи, ответ клеток-мишеней на гормоны, например, на инсулин. Некоторые из мембран одновременно сами генерируют сигналы (химические и электрические). Замечательной особенностью мембран является то, что на них происходит превращение энергии. В частности, на внутренних мембранах хлоропластов происходит фотосинтез, а на внутренних мембранах митохондрий осуществляется окислительное фосфорилирование .

Компоненты мембран находятся в движении. Построенным, главным образом из белков и липидов, мембранам присущи различные перестройки, что определяет раздражимость клеток – важнейшее свойство живого.

С конца прошлого века известно, что клеточные мембраны ведут себя не так, как полупроницаемые мембраны, способные пропускать лишь воду и другие малые молекулы, например молекулы газов. Клеточные мембраны обладаютизбирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жир­ные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны активно регулируют этот процесс - одни вещества пропускают, а другие нет.

Маттиас Шлейден вклад в биологию совершил значимый. Он считается реформатором ботаники.

Маттиас Шлейден вклад в биологию кратко

Маттиас Якоб Шлейден известен в науке как один из авторов клеточной теории. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838-1839 г.).
Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Основные труды Шлейдена - по эмбриологии и анатомии растений.

Шлейден использовал и обосновывал онтогенетический способ изучения морфологии растений и был его активным пропагандистом.

Шлейден считался одним из предшественников и сторонников дарвинизма.

Основное направление научных исследований Шлейдена – цитология и физиология растений. В 1837 Шлейден предложил новую теорию образования растительных клеток, основанную на представлении о решающей роли в этом процессе клеточного ядра. Ученый полагал, что новая клетка как бы выдувается из ядра и затем покрывается клеточной стенкой.

М. Шлейден изучал возникновение клеток в процессе роста различных частей растений, причем эта проблема являлась для него самодовлеющей.

Что же касается собственно клеточной теории в том смысле, как мы ее понимаем r настоящее время, то он ею не занимался. Основной заслугой Шлейдена является отчетливая постановка вопроса относительно возникновения клеток в организме. Эта проблема приобретала принципиальное значение, поскольку она толкала исследователей на путь изучения клеточной структуры под углом зрения процессов развития. Наиболее существенным является представление Шлейдена о природе клетки, которую он, по-видимому, впервые назвал организмом. Так он писал: «Нетрудно понять, что как для физиологии растений, так и для общей физиологии жизнедеятельность отдельных клеток является главнейшей и совершенно неизбежной основой, и поэтому прежде всего встает вопрос, как же собственно возникает этот маленький своеобразный организм - клетка».

Теория клеткообразования Шлейдена была им несколько позднее названа теорией цитогенезиса. Весьма существенным является то обстоятельство, что она впервые связала вопрос возникновения клетки с ее содержимым и (в первую очередь) с ядром; таким образом, внимание исследователей было перенесено с оболочки клетки на эти несравнимо более важные структуры.

Сам Шлейден считал, что он впервые ставит вопрос о возникновении «леток, хотя ботаники и до него описывали, правда, далеко не отчетливо, размножение клеток в форме клеточного деления, однако эти работы были ему, вероятно, неизвестны до 1838 г.

Возникновение клеток, согласно теории Шлейдена, в схеме протекает следующим образом. В слизи, которая составляет живую массу, возникает маленькое круглое тельце. Вокруг него конденсируется сферический сгусток, состоящий из гранул. По поверхности эта сфера покрывается мембраной - оболочкой. Так возникает округлое тело, известное под названием клеточного ядра. Вокруг последнего в свою очередь собирается студенистая зернистая масса, которая также окружается новой оболочкой. Это будет уже оболочка клетки. На этом процесс развития клетки заканчивается.

Тело клеток, которое мы теперь называем протоплазмой, Шлейден (1845) обозначал словом цитобластема (термин принадлежит Шванну). «Цитос» по-гречески значит «клетка» (отсюда наука о клетке - цитология), а «бластео» - образовывать. Таким образом, на протоплазму (вернее, на клеточное тело) Шлейден смотрел как на клеткообразующую массу. По Шлейдену, следовательно, новая клетка может образовываться исключительно в старых клетках, причем центром ее возникновения является конденсирующееся из зернышек ядро, или, по его терминологии, цитобласт.

Несколько позднее, описывая возникновение клеток в 1850 г., Шлейден отмечал также размножение клеток и путем их поперечного деления, ссылаясь при этом на наблюдения ботаника Гуго фон Моля (1805-1872). Шлейден, не отрицая правильности тщательных наблюдений Моля, считал этот способ развития клеток мало распространенным.

Представления Шлейдена можно обобщить следующим образом: молодые клетки возникают в клетках старых путем конденсации слизистого вещества. Схематически Шлейден изобразил это следующим образом. Он считал данный способ возникновения клетки из цитобластемы всеобщим принципом. Свои представления он довел, если можно так сказать, до абсурда, описывая, например, размножение дрожжевых клеток. Он рассматривал изображение почкования дрожжевых грибков. При рассматривании этого рисунка для нас в настоящее время не остается никаких сомнений, что он видел типичное почкование дрожжевых клеток. Сам же Шлейден, вопреки очевидности, все же утверждал, что образование почек происходит лишь путем слияния в комочки зернышек около уже имеющихся дрожжевых клеток.

Возникновение дрожжевой клетки Шлейден представлял себе так. Он говорил, что в соке из ягод, если его оставить в комнате, уже через сутки можно заметить маленькие зернышки. Дальнейший процесс заключается в том, что эти взвешенные зернышки увеличиваются в числе и, слипаясь, образуют дрожжевые клетки. Новые дрожжевые клетки образуются из тех же зернышек, но преимущественно вокруг старых дрожжевых клеток. Шлейден склонен был объяснить появление инфузорий в гниющих жидкостях аналогичным образом. Его описания, как и приложенные к ним рисунки, не оставляют никаких сомнений в том, что эти мельчайшие загадочные зернышки, из которых «образуются» дрожжи и инфузории, представляют собою не что иное, как размножившиеся в той же жидкости бактерии, не имеющие, конечно, непосредственного отношения к развитию дрожжей.

Теория цитобластемы была в дальнейшем признана с фактической стороны ошибочной, но вместе с тем она имела серьезное влияние на дальнейшее развитие науки. Этих взглядов отдельные исследователи придерживались еще в течение ряда лет. Однако все они делали ту же ошибку, что и Шлейден, забывая, что, подбирая ряд отдельных микроскопических картин, мы никогда не можем быть вполне уверены в правильности вывода о направлении процесса. Мы уже цитировали слова Феликса Фонтана (1787) о том, что картина, открываемая микроскопом, может подходить одновременно к очень разнообразным явлениям. Эти слова сохраняют все свое значение и до сего времени.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .