Биология (от греческих слов bios – жизнь, logos – учение) – это наука, изучающая живые организмы и явления живой природы.

Предметом изучения биологии является многообразие живых организмов, населяющих Землю.

Свойства живой природы. Все живые организмы обладают рядом общих признаков и свойств, которые отличают их от тел неживой природы. Это особенности строения, обмен веществ, движение, рост, размножение, раздражимость, саморегуляция. Остановимся на каждом из перечисленных свойств живой материи.

Высокоупорядоченное строение. Живые организмы состоят из химических веществ, которые имеют более высокий уровень организации, чем вещества неживой природы. Все организмы имеют определенный план строения – клеточный или неклеточный (вирусы).

Обмен веществ и энергии – это совокупность процессов дыхания, питания, выделения, посредством которых организм получает из внешней среды необходимые ему вещества и энергию, преобразует и накапливает их в своем организме и выделяет в окружающую среду продукты жизнедеятельности.

Раздражимость – это ответная реакция организма на изменения окружающей среды, помогающая ему адаптироваться и выжить в изменяющихся условиях. При уколе иглой человек отдергивает руку, а гидра сжимается в комочек. Растения поворачиваются к свету, а амеба удаляется от кристаллика поваренной соли.

Рост и развитие. Живые организмы растут, увеличиваются в размерах, развиваются, изменяются благодаря поступлению питательных веществ.

Размножение – способность живого к самовоспроизведению. Размножение связано с явлением передачи наследственной информации и является самым характерным признаком живого. Жизнь любого организма ограничена, но в результате размножения живая материя «бессмертна».

Движение. Организмы способны к более или менее активному движению. Это один из ярких признаков живого. Движение происходит и внутри организма, и на уровне клетки.

Саморегуляция. Одним из самых характерных свойств живого является постоянство внутренней среды организма при изменяющихся внешних условиях. Регулируются температура тела, давление, насыщенность газами, концентрация веществ и т. д. Явление саморегуляции осуществляется не только на уровне всего организма, но и на уровне клетки. Кроме того, благодаря деятельности живых организмов саморегуляция присуща и биосфере в целом. Саморегуляция связана с такими свойствами живого, как наследственность и изменчивость.

Наследственность – это способность передавать признаки и свойства организма из поколения в поколение в процессе размножения.

Изменчивость – это способность организма изменять свои признаки при взаимодействии со средой.

В результате наследственности и изменчивости живые организмы приспосабливаются, адаптируются к внешним условиям, что позволяет им выжить и оставить потомство.

§ 44. Строение клетки

Большинство живых организмов имеет клеточное строение. Клетка – это структурная и функциональная единица живого. Для нее характерны все признаки и функции живых организмов: обмен веществ и энергии, рост, размножение, саморегуляция. Клетки различны по форме, размеру, функциям, типу обмена веществ (рис. 47).

Рис. 47. Разнообразие клеток: 1 – эвглена зеленая; 2 – бактерия; 3 – растительная клетка мякоти листа; 4 – эпителиальная клетка; 5 – нервная клетка

Размеры клеток варьируют от 3-10 до 100 мкм (1 мкм = 0,001 м). Реже встречаются клетки размером менее 1–3 мкм. Существуют также и клетки-гиганты, размеры которых достигают нескольких сантиметров. По форме клетки также весьма разнообразны: шаровидные, цилиндрические, овальные, веретеновидные, звездчатые и т. д. Однако между всеми клетками много общего. Они имеют одинаковый химический состав и общий план строения.

Химический состав клетки. Из всех известных химических элементов в живых организмах встречаются около 20, причем на долю 4 из них: кислорода, углерода, водорода и азота – приходится до 95 %. Эти элементы называют элементами-биогенами. Из неорганических веществ, входящих в состав живых организмов, наибольшее значение имеет вода. Ее содержание в клетке колеблется от 60 до 98 %. Кроме воды в клетке находятся и минеральные вещества, в основном в виде ионов. Это соединения железа, иода, хлора, фосфора, кальция, натрия, калия и т. д.

Кроме неорганических веществ в клетке присутствуют и органические вещества: белки, липиды (жиры), углеводы (сахара), нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Они составляют основную массу клетки. Наиболее важными органическими веществами являются нуклеиновые кислоты и белки. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) участвуют в передаче наследственной информации, синтезе белков, регуляции всех процессов жизнедеятельности клетки.

Белки выполняют целый ряд функций: строительную, регуляторную, транспортную, сократительную, защитную, энергетическую. Но самой важной является ферментативная функция белков.

Ферменты – это биологические катализаторы, ускоряющие и регулирующие все многообразие химических реакций, протекающих в живых организмах. Ни одна реакция в живой клетке не протекает без участия ферментов.

Липиды и углеводы выполняют в основном строительную и энергетическую функции, являются запасными питательными веществами организма.

Так, фосфолипиды вместе с белками строят все мембранные структуры клетки. Высокомолекулярный углевод – целлюлоза образует клеточную оболочку растений и грибов.

Жиры, крахмал и гликоген являются запасными питательными веществами клетки и организма в целом. Глюкоза, фруктоза, сахароза и другие сахара входят в состав корней и листьев, плодов растений. Глюкоза является обязательным компонентом плазмы крови человека и многих животных. При расщеплении углеводов и жиров в организме выделяется большое количество энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности.

Клеточные структуры. Клетка состоит из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы с органеллами и ядра (рис. 48).

Рис. 48. Комбинированная схема строения животной (А) и растительной (Б) клетки: 1 – оболочка; 2 – наружная клеточная мембрана; 3 – ядро; 4 – хроматин; 5 – ядрышко; 6 – эндоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная); 7 – митохондрии; 8 – хлоропласты; 9 – аппарат Гольджи; 10 – лизосома; 11 – клеточный центр; 12 – рибосомы; 13 – вакуоль; 14 – цитоплазма

Наружная клеточная мембрана – это одномембранная клеточная структура, которая ограничивает живое содержимое клетки всех организмов. Обладая избирательной проницаемостью, она защищает клетку, регулирует поступление веществ и обмен с внешней средой, поддерживает определенную форму клетки. Клетки растительных организмов, грибов, кроме мембраны снаружи имеют еще и оболочку. Эта неживая клеточная структура состоит из целлюлозы у растений и хитина – у грибов, придает прочность клетке, защищает ее, является «скелетом» растений и грибов.

В цитоплазме, полужидком содержимом клетки, находятся все органоиды.

Эндоплазматическая сеть пронизывает цитоплазму, обеспечивая сообщение между отдельными частями клетки и транспорт веществ. Различают гладкую и гранулярную ЭПС. На гранулярной ЭПС находятся рибосомы.

Рибосомы – это мелкие тельца грибовидной формы, на которых идет синтез белка в клетке.

Аппарат Гольджи обеспечивает упаковку и вынос синтезируемых веществ из клетки. Кроме того, из его структур образуются лизосомы. Эти шарообразные тельца содержат ферменты, которые расщепляют поступающие в клетку питательные вещества, обеспечивая внутриклеточное переваривание.

Митохондрии – это полуавтономные мембранные структуры продолговатой формы. Их число в клетках различно и увеличивается в результате деления. Митохондрии – это энергетические станции клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление веществ кислородом воздуха. При этом выделяющаяся энергия запасается в молекулах АТФ, синтез которых происходит в этих структурах.

Хлоропласты, полуавтономные мембранные органеллы, характерны только для растительных клеток. Хлоропласты имеют зеленую окраску за счет пигмента хлорофилла, они обеспечивают процесс фотосинтеза.

Кроме хлоропластов растительные клетки имеют и вакуоли, заполненные клеточным соком.

Клеточный центр участвует в процессе деления клетки. Он состоит из двух центриолей и центросферы. Во время деления они образуют нити веретена деления и обеспечивают равномерное распределение хромосом в клетке.

Ядро – это центр регуляции жизнедеятельности клетки. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной мембраной, в которой имеются поры. Внутри оно заполнено кариоплазмой, в которой находятся молекулы ДНК, обеспечивающие передачу наследственной информации. Здесь происходит синтез ДНК, РНК, рибосом. Часто в ядре можно увидеть одно или несколько темных округлых образований – это ядрышки. Здесь образуются и скапливаются рибосомы. В ядре молекулы ДНК не видны, так как находятся в виде тонких нитей хроматина. Перед делением ДНК спирализуются, утолщаются, образуют комплексы с белком и превращаются в хорошо заметные структуры – хромосомы (рис. 49). Обычно хромосомы в клетке парные, одинаковые по форме, величине и наследственной информации. Парные хромосомы называются гомологичными. Двойной парный набор хромосом называется диплоидным. В некоторых клетках и организмах содержится одинарный, непарный набор, который называется гаплоидным.

Рис. 49. А– строение хромосомы: 1 – центромера; 2 – плечи хромосомы; 3 – молекулы ДНК; 4 – сестринские хроматиды; Б – виды хромосом: 1 – равноплечная; 2 – разноплечная; 3 – одноплечная

Число хромосом для каждого вида организмов постоянно. Так, в клетках человека 46 хромосом (23 пары), в клетках пшеницы 28 (14 пар), голубя 80 (40 пар). Эти организмы содержат диплоидный набор хромосом. Некоторые организмы, такие, как водоросли, мхи, грибы, имеют гаплоидный набор хромосом. Половые клетки у всех организмов гаплоидны.

Кроме перечисленных, некоторые клетки имеют специфические органоиды – реснички и жгутики, обеспечивающие движение в основном у одноклеточных организмов, но имеются они и у некоторых клеток многоклеточных организмов. Например, жгутики имеются у эвглены зеленой, хламидомонады, некоторых бактерий, а реснички – у инфузорий, клеток ресничного эпителия животных.

§ 45. Особенности жизнедеятельности клетки

Обмен веществ и энергии в клетке. Основой жизнедеятельности клетки являются обмен веществ и превращение энергии. Совокупность химических превращений, протекающих в клетке или организме, связанных между собой и сопровождающихся превращением энергии, называется обменом веществ и энергии.

Синтез органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии, называется ассимиляцией или пластическим обменом. Распад, расщепление органических веществ, сопровождающийся выделением энергии, называется диссимиляцией или энергетическим обменом.

Главным источником энергии на Земле является Солнце. Клетки растений специальными структурами в хлоропластах улавливают энергию Солнца, превращая ее в энергию химических связей молекул органических веществ и АТФ.

АТФ (аденозинтрифосфат) – это органическое вещество, универсальный аккумулятор энергии в биологических системах. Солнечная энергия превращается в энергию химических связей этого вещества и расходуется на синтез глюкозы, крахмала и других органических веществ.

Кислород атмосферы, как это ни покажется странным, – побочный продукт процесса жизнедеятельности растений – фотосинтеза.

Процесс синтеза органических веществ из неорганических под действием энергии Солнца называется фотосинтезом.

Обобщенное уравнение фотосинтеза можно представить в следующем виде:

6СО 2 + 6Н 2 О – свет > С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 .

В растениях органические вещества создаются в процессе первичного синтеза из углекислого газа, воды и минеральных солей. Животные, грибы, многие бактерии используют готовые органические вещества (из растений). Кроме того, при фотосинтезе образуется кислород, который необходим живым организмам для дыхания.

В процессе питания и дыхания органические вещества расщепляются и окисляются кислородом. Освобождающаяся энергия частично выделяется в виде тепла, а частично вновь запасается в синтезируемых молекулах АТФ. Этот процесс протекает в митохондриях. Конечные продукты распада органических веществ – вода, углекислый газ, соединения аммиака, которые вновь используются в процессе фотосинтеза. Запасенная в АТФ энергия расходуется на вторичный синтез органических веществ, характерных для каждого организма, на рост, размножение.

Итак, растения обеспечивают все организмы не только питательными веществами, но и кислородом. Кроме того, они преобразуют энергию Солнца и передают ее через органические вещества всем другим группам организмов.

§ 46. Типы обмена веществ у организмов

Обмен веществ как основное свойство организмов. Организм находится в сложных взаимоотношениях с окружающей средой. Из нее он получает пищу, воду, кислород, свет, тепло. Создавая посредством этих веществ и энергии массу живого вещества, строит свое тело. Однако, используя эту среду, организм благодаря своей жизнедеятельности одновременно и воздействует на нее, изменяет ее. Следовательно, главным процессом взаимосвязи организма и среды является обмен веществ и энергией.

Типы обмена веществ. Факторы внешней среды имеют различное значение для разных организмов. Растениям для роста и развития необходимы свет, вода и углекислый газ, минеральные вещества. Животным и грибам такие условия недостаточны. Им необходимы питательные органические вещества. По способу питания, источнику получения органических веществ и энергии все организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные организмы синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза из неорганических (углекислого газа, воды, минеральных солей), используя энергию солнечного света. К ним относятся все растительные организмы, фотосинтезирующие цианобактерии. К автотрофному питанию способны и хемосинтезирующие бактерии, использующие энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ: серы, железа, азота.

Процесс автотрофной ассимиляции осуществляется за счет энергии солнечного света или окисления неорганических веществ, а органические вещества синтезируются при этом из неорганических. В зависимости от поглощения неорганического вещества различают ассимиляцию углерода, ассимиляцию азота, ассимиляцию серы и других минеральных веществ. Автотрофная ассимиляция связана с процессами фотосинтеза и хемосинтеза и носит название первичного синтеза органического вещества.

Гетеротрофные организмы получают готовые органические вещества от автотрофов. Источником энергии для них является энергия, запасенная в органических веществах и выделяющаяся при химических реакциях распада и окисления этих веществ. К ним относятся животные, грибы, многие бактерии.

При гетеротрофной ассимиляции организм поглощает органические вещества в готовом виде и преобразует их в собственные органические вещества за счет энергии, содержащейся в поглощенных веществах. Гетеротрофная ассимиляция включает процессы потребления пищи, переваривания ее, усвоения и синтеза новых органических веществ. Этот процесс носит название вторичного синтеза органических веществ.

Процессы диссимиляции у организмов также различаются. Одним из них для жизнедеятельности необходим кислород – это аэробные организмы. Другим кислород не нужен, и процессы их жизнедеятельности могут протекать в бескислородной среде – это анаэробные организмы.

Различают внешнее дыхание и внутреннее. Газообмен между организмом и внешней средой, включающий в себя поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих веществ по организму к отдельным органам, тканям и клеткам, называется внешним дыханием. В этом процессе кислород не используется, а только транспортируется.

Внутреннее, или клеточное, дыхание включает в себя биохимические процессы, которые приводят к усвоению кислорода, освобождению энергии и образованию воды и углекислого газа. Эти процессы протекают в цитоплазме и митохондриях эукариотных клеток или на специальных мембранах прокариотных клеток.

Обобщенное уравнение процесса дыхания:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 > 6CO 2 + 6H 2 O.

2. Другой формой диссимиляции является анаэробное, или бескислородное, окисление. Процессы энергетического обмена в этом случае протекают по типу брожения. Брожение – это форма диссимиляции, при которой богатые энергией органические вещества расщепляются с освобождением энергии до менее богатых энергией, но тоже органических веществ.

В зависимости от конечных продуктов различают типы брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и т. д. Спиртовое брожение встречается у дрожжевых грибов, некоторых бактерий, а также протекает в некоторых растительных тканях. Молочнокислое брожение встречается у молочнокислых бактерий, а также протекает в мышечной ткани человека и животных при недостатке кислорода.

Взаимосвязь реакций обмена веществ у автотрофных и гетеротрофных организмов. Через процессы обмена веществ автотрофные и гетеротрофные организмы в природе связаны между собой (рис. 50).

Рис. 50. Поток вещества и энергии в биосфере

Самыми важными группами организмов являются автотрофы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических. Большинство автотрофов – зеленые растения, которые в процессе фотосинтеза превращают неорганический углерод – углекислый газ в сложные органические соединения. Зеленые растения выделяют при фотосинтезе также кислород, который необходим для дыхания живых существ.

Гетеротрофы усваивают только готовые органические вещества, получая энергию при их расщеплении. Автотрофные и гетеротрофные организмы связаны между собой процессами обмена веществ и энергий. Фотосинтез является практически единственным процессом, обеспечивающим организмы питательными веществами и кислородом.

Несмотря на большие масштабы фотосинтеза, зеленые растения Земли используют всего 1 % солнечной энергии, падающей на листья. Одна из важнейших задач биологии – повышение коэффициента использования солнечной энергии культурными растениями, создание продуктивных сортов.

В последние годы особое внимание привлекает к себе одноклеточная водоросль хлорелла, которая содержит в своем теле до 6 % хлорофилла и обладает замечательной способностью усваивать до 20 % солнечной энергии. При искусственном разведении хлорелла быстро размножается, а в ее клетке повышается содержание белка. Этот белок используется в качестве пищевых добавок ко многим продуктам. Установлено, что с 1 га водной поверхности можно получать ежедневно до 700 кг сухого вещества хлореллы. Кроме того, в хлорелле синтезируется большое количество витаминов.

Еще один интерес к хлорелле связан с космическими полетами. Хлорелла в искусственных условиях может обеспечить кислородом, выделяемым при фотосинтезе, космический корабль.

§ 47. Раздражимость и движение организмов

Понятие о раздражимости. Микроорганизмы, растения и животные реагируют на самые разнообразные воздействия окружающей среды: на механические воздействия (укол, давление, удар и т. д.), на изменение температуры, интенсивность и направление световых лучей, на звук, электрические раздражения, изменения в химическом составе воздуха, воды или почвы и т. д. Это приводит к определенным колебаниям организма между стабильным и нестабильным состоянием. Живые организмы способны в меру своего развития анализировать эти состояния и соответствующим образом реагировать на них. Подобные свойства всех организмов называются раздражимостью и возбудимостью.

Раздражимость – это способность организма реагировать на внешние или внутренние воздействия.

Раздражимость возникла у живых организмов как приспособление, обеспечивающее лучший обмен веществ и защиту от воздействий условий среды.

Возбудимость – это способность живых организмов воспринимать воздействия раздражителей и отвечать на них реакцией возбуждения.

Воздействие окружающей среды сказывается на состоянии клетки и ее органелл, тканей, органов и организма в целом. Организм отвечает на это соответствующими реакциями.

Простейшим проявлением раздражимости является движение. Оно характерно даже для самых простейших организмов. Это можно пронаблюдать в опыте над амебой под микроскопом. Если рядом с амебой поместить небольшие комочки пищи или кристаллики сахара, то она начинает активное движение в сторону питательного вещества. С помощью ложноножек амеба обволакивает комочек, вовлекая его внутрь клетки. Там сразу же образуется пищеварительная вакуоль, в которой пища переваривается.

С усложнением строения организма усложняются как обмен веществ, так и проявления раздражимости. У одноклеточных организмов и растений нет специальных органов, обеспечивающих восприятие и передачу раздражений, поступающих из окружающей среды. У многоклеточных животных имеются органы чувств и нервная система, благодаря которым они воспринимают раздражения, а ответы на них достигают большой точности и целесообразности.

Раздражимость у одноклеточных организмов. Таксисы.

Наиболее простые формы раздражимости наблюдаются у микроорганизмов (бактерий, одноклеточных грибов, водорослей, простейших).

В примере с амебой мы наблюдали движение амебы в сторону раздражителя (пища). Такая двигательная реакция одноклеточных организмов в ответ на раздражение из внешней среды называется таксисом. Таксис вызван химическим раздражением, поэтому его называют еще хемотаксисом (рис. 51).

Рис. 51. Хемотаксис у инфузорий

Таксисы могут быть положительными и отрицательными. Поместим пробирку с культурой инфузорий-туфелек в закрытую картонную коробочку с единственным отверстием, расположенным против средней части пробирки, и выставим ее на свет.

Через несколько часов все инфузории сконцентрируются в освещенной части пробирки. Это положительный фототаксис.

Таксисы свойственны многоклеточным животным. Например, лейкоциты крови проявляют положительный хемотаксис по отношению к веществам, выделяемым бактериями, концентрируются в местах скопления этих бактерий, захватывают и переваривают их.

Раздражимость у многоклеточных растений. Тропизмы. Хотя у многоклеточных растений нет органов чувств и нервной системы, тем не менее у них отчетливо проявляются различные формы раздражимости. Они заключаются в изменении направления роста растения или его органов (корня, стебля, листьев). Такие проявления раздражимости у многоклеточных растений называются тропизмами.

Стебель с листьями проявляют положительный фототропизм и растут по направлению к свету, а корень – отрицательный фототропизм (рис. 52). Растения реагируют на гравитационное поле Земли. Обратите внимание на деревья, растущие по склону горы. Хотя поверхность почвы имеет наклон, деревья растут вертикально. Реакция растений на земное притяжение называется геотропизмом (рис. 53). Корешок, который появляется из прорастающего семени, всегда направлен вниз к земле – положительный геотропизм. Побег с листьями, развивающийся из семени, всегда направлен вверх от земли – отрицательный геотропизм.

Тропизмы очень разнообразны и играют большую роль в жизни растений. Они ярко выражены в направлении роста у различных вьющихся и лазающих растений, например винограда, хмеля.

Рис. 52. Фототропизм

Рис. 53. Геотропизм: 1 – цветочный горшок с пря-морастущими проростками редиса; 2 – цветочный горшок, положенный набок и содержащийся в темноте для устранения фототропизма; 3 – проростки в цветочном горшке изогнулись в сторону, противоположную действию силы тяжести (стебли обладают отрицательным геотропизмом)

Помимо тропизмов, у растений наблюдаются движения иного типа – настии. Они отличаются от тропизмов отсутствием определенной ориентировки к вызвавшему их раздражителю. Например, если прикоснуться к листьям стыдливой мимозы, они быстро складываются в продольном направлении и опускаются книзу. Через некоторое время листья снова принимают прежнее положение (рис. 54).

Рис. 54. Настии у стыдливой мимозы: 1 – в нормальном состоянии; 2 – при раздражении

Цветки многих растений реагируют на свет и влажность. Например, у тюльпана на свету цветки раскрываются, а в темноте закрываются. У одуванчика соцветие закрывается в пасмурную погоду и открывается в ясную.

Раздражимость у многоклеточных животных. Рефлексы. В связи с развитием у многоклеточных животных нервной системы, органов чувств и органов движения формы раздражимости усложняются и зависят от тесного взаимодействия этих органов.

В простейшем виде такое раздражение возникает уже у кишечнополостных. Если уколоть иглой пресноводную гидру, то она сожмется в комочек. Внешнее раздражение воспринимает чувствительная клетка. Возникшее в ней возбуждение передается нервной клетке. Нервная клетка передает возбуждение кожно-мышечной клетке, которая реагирует на раздражение сокращением. Этот процесс называется рефлексом (отражением).

Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая нервной системой.

Представление о рефлексе было высказано еще Декартом. Позднее оно было развито в трудах И. М. Сеченова, И. п. Павлова.

Путь, проходимый нервным возбуждением от воспринимающего раздражение органа до органа, выполняющего ответную реакцию, называется рефлекторной дугой.

У организмов с нервной системой существует два типа рефлексов: безусловные (врожденные) и условные (приобретенные). Условные рефлексы формируются на базе безусловных.

Любое раздражение вызывает изменение обмена веществ в клетках, что приводит к возникновению возбуждения и возникает ответная реакция.

§ 48. Жизненный цикл клетки

Период жизнедеятельности клетки, в котором происходят все процессы обмена веществ, называется жизненным циклом клетки.

Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления.

Интерфаза – это период между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белка, РНК, накоплением питательных веществ клеткой, ростом и увеличением объема. К концу интерфазы происходит удвоение ДНК (репликация). В результате каждая хромосома содержит две молекулы ДНК и состоит из двух сестринских хроматид. Клетка готова к делению.

Деление клетки. Способность к делению – это важнейшее свойство клеточной жизнедеятельности. Механизм самовоспроизведения срабатывает уже на клеточном уровне. Наиболее распространенным способом деления клетки является митоз (рис. 55).

Рис. 55. Интерфаза (А) и фазы митоза (Б): 1 – профаза; 2 – метафаза; 3 – анафаза; 4 – телофаза

Митоз – это процесс образования двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке.

Митоз состоит из четырех последовательных фаз, обеспечивающих равномерное распределение генетической информации и органелл между двумя дочерними клетками.

1. В профазе ядерная мембрана исчезает, хромосомы максимально спирализуются, становятся хорошо заметными. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и образуют веретено деления.

2. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной зоне, нити веретена деления соединены с центромерами хромосом.

3. Анафаза характеризуется расхождением сестринских хроматид-хромосом к полюсам клетки. У каждого полюса оказывается столько же хромосом, сколько их было в исходной клетке.

4. В телофазе происходит деление цитоплазмы и органоидов, в центре клетки образуется перегородка из клеточной мембраны и возникают две новые дочерние клетки.

Весь процесс деления длится от нескольких минут до 3 ч в зависимости от типа клеток и организма. Стадия деления клетки по времени в несколько раз короче ее интерфазы. Биологический смысл митоза заключается в обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности исходных и вновь возникающих клеток.

§ 49. Формы размножения организмов

В природе существует два типа размножения организмов: бесполое и половое.

Бесполое размножение – это образование нового организма из одной клетки или группы клеток исходного материнского организма. В этом случае в размножении участвует только одна родительская особь, которая передает свою наследственную информацию дочерним особям.

В основе бесполого размножения лежит митоз. Существует несколько форм бесполого размножения.

Простое деление, или деление надвое, характерно для одноклеточных организмов. Из одной клетки путем митоза образуются две дочерние клетки, каждая из которых становится новым организмом.

Почкование – это форма бесполого размножения, при которой от родительской особи отделяется дочерний организм. Такая форма характерна для дрожжей, гидры и некоторых других животных.

У споровых растений (водорослей, мхов, папоротников) размножение происходит с помощью спор, специальных клеток, образующихся в материнском организме. Каждая спора, прорастая, дает начало новому организму.

Вегетативное размножение – это размножение отдельными органами, частями органов или тела. Оно основано на способности организмов восстанавливать недостающие части тела – регенерации. Встречается у растений (размножение стеблями, листьями, побегами), у низших беспозвоночных животных (кишечнополостных, плоских и кольчатых червей).

Половое размножение – это образование нового организма при участии двух родительских особей. Новый организм несет наследственную информацию от обоих родителей.

При половом размножении происходит слияние половых клеток – гамет мужского и женского организма. Половые клетки формируются в результате особого типа деления. В этом случае, в отличие от клеток взрослого организма, которые несут диплоидный (двойной) набор хромосом, образующиеся гаметы имеют гаплоидный (одинарный) набор. В результате оплодотворения парный, диплоидный набор хромосом восстанавливается. Одна хромосома из пары является отцовской, а другая – материнской. Гаметы образуются в половых железах или в специализированных клетках в процессе мейоза.

Мейоз – это такое деление клетки, при котором хромосомный набор клетки уменьшается вдвое (рис. 56). Такое деление называется редукционным.

Рис. 56. Фазы мейоза: А – первое деление; Б – второе деление. 1, 2 – профаза I; 3 – метафаза I; 4 – анафаза I; 5 – телофаза I; 6 – профаза II; 7 – метафаза II; 8 – анафаза II; 9 – телофаза II

Для мейоза характерны те же стадии, что и для митоза, но процесс состоит из двух последовательных делений (мейоз I и мейоз II). В результате образуется не две, а четыре клетки. Биологический смысл мейоза заключается в обеспечении постоянства числа хромосом у вновь образующихся организмов при оплодотворении. Женская половая клетка – яйцеклетка, всегда крупная, содержит много питательных веществ, часто неподвижная.

Мужские половые клетки – сперматозоиды, мелкие, часто подвижные, имеют жгутики, их образуется значительно больше, чем яйцеклеток. У семенных растений мужские гаметы неподвижны и называются спермиями.

Оплодотворение – процесс слияния мужских и женских половых клеток, в результате которого образуется зигота.

Из зиготы развивается зародыш, который дает начало новому организму.

Оплодотворение бывает наружным и внутренним. Наружное оплодотворение характерно для обитателей вод. Половые клетки выходят во внешнюю среду и сливаются вне организма (рыбы, земноводные, водоросли). Внутреннее оплодотворение характерно для наземных организмов. Оплодотворение происходит в женских половых органах. Зародыш может развиваться как в теле материнского организма (млекопитающие), так и вне его – в яйце (птицы, пресмыкающиеся, насекомые).

Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии гамет восстанавливается диплоидный набор хромосом, а новый организм несет наследственную информацию и признаки двух родителей. Это увеличивает разнообразие признаков организмов, повышает их жизнестойкость.

Строение живых организмов давно интересовало ученых, но невооруженным глазом многое невозможно увидеть. Поэтому детально изучать строение живых организмов ученые-биологи смогли только после изобретения увеличительных приборов.

История изучения клеточного строения организмов

Некоторые мелкие черты внешнего строения растений и животных можно рассмотреть с помощью ручной лупы. Однако детально изучить внутреннее строение живых организмов возможно только с помощью микроскопа (гр. micros - малый и scope - рассматриваю).

Первый микроскоп был создан еще в конце XVI века. A в 1665 году английский естествоиспытатель Роберт Гук использовал уже более совершенный микроскоп. С его помощью он рассматривал тонкий срез растительной пробки. Ученый обнаружил, что пробка состоит из крошечных ячеек, плотно прилегающих друг к другу. Он назвал их по-латыни сеllulа - клетка. Это были первые клетки, которые увидел человек. Так в науку вошло новое понятие клетка.

Микроскоп позволил не только больше узнать о растений и животных, но и увидеть мир микроскопических организмов. Впервые наблюдал не различимые человеческим глазом существа голландский натуралист Антони ван Левенгук (1675). Он изобрел микроскоп с увеличением в 270 раз.

Спустя 20 лет клеточная теория была дополнена важным положением: «каждая клетка - от клетки», то есть новые клетки образуются в результате деления материнской клетки.
В настоящее время установлено, что клетка - это наименьшая единица строения живого организма. Клетка имеет очень сложное строение. Все ее части тесно взаимосвязаны и слаженно работают. В составе многоклеточного организма сходные по строению клетки объединяются в ткани.

Клетки делятся на прокариотические и эукариотические. Первые - это водоросли и бактерии, которые содержат генетическую информацию в одной единственной органелле, - хромосоме, а эукариотические клетки, составляющие более сложные организмы, такие как человеческое тело, имеют четко дифференцированное ядро, в котором находится несколько хромосом с генетическим материалом.

Эукариотическая клетка

Прокариотическая клетка

Строение

Клеточная или цитоплазматическая мембрана

Цитоплазматическая мембрана (оболочка) - это тонкая структура, которая отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Она состоит из двойного слоя липидов с белковыми молекулами толщиной примерно 75 ангстрем.

Клеточная мембрана сплошная, но у нее имеются многочисленные складки, извилины, и поры, что позволяет регулировать прохождение через нее веществ.

Клетки, ткани, органы, системы и аппараты

Клетки , Человеческий организм - слагаемое элементов, которые слаженно действуют, чтобы эффективно выполнять все жизненные функции.

Ткань - это клетки одинаковой формы и строения, специализированные на выполнении одной и той же функции. Различные ткани объединяются и образуют органы, каждый из которых выполняет конкретную функцию в живом организме. Кроме того, органы также группируются в систему для выполнения определенной функции.

Ткани:

Эпителиальная - защищает и покрывает поверхность тела и внутренние поверхности органов.

Соединительная - жировая, хрящевая и костная. Выполняет различные функции.

Мышечная - гладкая мышечная ткань, поперечнополосатая мышечная ткань. Сокращает и расслабляет мышцы.

Нервная - нейроны. Вырабатывает и передает и принимает импульсы.

Размер клеток

Величина клеток очень разная, хотя в основном она колеблется от 5 до 6 микронов (1 микрон = 0,001 мм). Этим объясняется тот факт, что многие клетки не могли рассмотреть до изобретения электронного микроскопа, разрешающая способность которого составляет от 2 до 2000 ангстрем (1 ангстрем = 0,000 000 1 мм).Размер некоторых микроорганизмов меньше 5 микрон, но есть и клетки-гиганты. Из наиболее известных - это желток птичьих яиц, яйцеклетка размером около 20 мм.

Есть еще более поразительные примеры: клетка ацетабулярии, морской одноклеточной водоросли, достигает 100 мм, а рами, травянистого растения, - 220 мм - больше ладони.

От родителей к детям благодаря хромосомам

Ядро клетки претерпевает различные изменения, когда клетка начинает делиться: исчезают оболочка и ядрышки; в это время хроматин становится более плотным, образуя в итоге толстые нити - хромосомы. Хромосома состоит из двух половин - хроматид, соединенных в месте сужения (центрометр).

Наши клетки, так же как и все клетки животных и растений, подчиняются так называемому закону численного постоянства, согласно которому число хромосом определенного вида постоянно.

Кроме того, хромосомы распределяются парами, идентичными между собой.

В каждой клетке нашего тела имеется 23 пары хромосом, представляющих собой несколько удлиненных молекул ДНК. Молекула ДНК принимает форму двойной спирали, состоящей из двух групп сахарофосфата, откуда в виде ступенек винтовой лестницы выступают азотистые основы (пурины и пирамидины).

Вдоль каждой хромосомы располагаются гены, ответственные за наследственность, передачу генных признаков от родителей к детям. Именно они определяют цвет глаз, кожи, форму носа и т. д.

Митохондрии

Митохондрии - это органеллы округлой или удлиненной формы, распределенные по всей цитоплазме, содержащие водянистый раствор ферментов, способные осуществлять многочисленные химические реакции, например клеточное дыхание.

С помощью этого процесса высвобождается энергия, которая необходима клетке для выполнения ее жизненных функций. Митохондрии находятся в основном в наиболее активных клетках живых организмов: клетках поджелудочной железы и печени.

Ядро клетки

Ядро, одно в каждой человеческой клетке, является ее основным компонентом, так как это организм, управляющий функциями клетки, и носитель наследственных признаков, что доказывает его важность в размножении и передаче биологической наследственности.

В ядре, размер которого колеблется от 5 до 30 микрон, можно различить следующие элементы:

• Ядерная оболочка. Она двойная и позволяет веществам проходить между ядром и цитоплазмой благодаря своей пористой структуре.
• Ядерная плазма. Светлая, вязкая жидкость, в которую погружены остальные ядерные структуры.
• Ядрышко. Сферическое тельце, изолированное или в группах, участвующее в образовании рибосом.
• Хроматин. Вещество, которое может принимать различную окраску, состоящее из длинных нитей ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Нити представляют собой частицы, гены, каждый из которых содержит информацию об определенной функции клетки.

Ядро типичной клетки

Клетки кожи живут в среднем одну неделю. Эритроциты живут 4 месяца, а костные клетки - от 10 до 30 лет.

Центросома

Центросома обычно находится рядом с ядром и играет важнейшую роль в митозе, или клеточном делении.

Она состоит из 3 элементов:

• Диплосома. Состоит из двух центриол - цилиндрических структур, расположенных перпендикулярно.
• Центросфера. Полупрозрачное вещество, в которое погружена диплосома.
• Астер. Лучистое образование из нитей, выходящих из центросферы, имеющее важное значение для митоза.

Комплекс Гольджи, лизосомы

Комплекс Гольджи состоит из 5-10 плоских дисков (пластин), в котором различают основной элемент - цистерну и несколько диктиосом, или скопление цистерн. Эти диктиосомы разъединяются и распределяются равномерно во время митоза, или деления клетки.

Лизосомы, «желудок» клетки, образуются из пузырьков комплекса Гольджи: они содержат пищеварительные ферменты, которые позволяют им переваривать пишу, поступающую в цитоплазму. Их внутренняя часть, или микус, выстлана толстым слоем полисахаридов, которые препятствуют тому, чтобы эти ферменты разрушили собственный клеточный материал.

Рибосомы

Рибосомы - это клеточные органеллы диаметром около 150 ангстрем, которые прикреплены к оболочкам эндоплазматического ретикулума или свободно размещаются в цитоплазме.

Они состоят из двух подъединиц:

• большая подъединица состоит из 45 молекул белка и 3 РНК (рибонуклеиновой кислоты);
• меньшая подъединица состоит из 33 молекул белка и 1 РНК.

Рибосомы объединяются в полисомы с помощью молекулы РНК и синтезируют белки из молекул аминокислот.

Цитоплазма

Цитоплазма - это органическая масса, расположенная между цитоплазматической мембраной и оболочкой ядра. Содержит внутреннюю среду - гиалоплазму - вязкую жидкость, состоящую из большого количества воды и содержащую белки, моносахариды и жиры в растворенном виде.

Она является частью клетки, наделенной жизненной активностью, потому что внутри нее двигаются различные клеточные органеллы и происходят биохимические реакции. Органеллы выполняют в клетке ту же роль, что и органы в человеческом теле: производят жизненно важные вещества, генерируют энергию, выполняют функции пищеварения и выведения органических веществ и т. д.

Примерно треть цитоплазмы составляет вода.

Кроме того, в цитоплазме содержится 30% органических веществ (углеводов, жиров, белков) и 2-3% неорганических веществ.

Эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум - это структура в виде сети, образованная заворачиванием цитоплазматической оболочки в саму себя.

Считается, что этот процесс, известный как инвагинация, привел к появлению более сложных существ с большими потребностями в белках.

В зависимости от наличия или отсутствия рибосом в оболочках различают два типа сетей:

1. Эндоплазматический ретикулум складчатый. Совокупность плоских структур, соединенных между собой и сообщающихся с ядерной мембраной. К ней прикреплено большое количество рибосом, поэтому ее функция заключается в накоплении и выделении белков, синтезированных в рибосомах.

2. Эндоплазматический ретикулум гладкий. Сеть из плоских и трубчатых элементов, которая сообщается со складчатым эндоплазматическим ретикулумом. Синтезирует, выделяет и переносит жиры по всей клетке, вместе с белками складчатого ретикулума.

Хотите читать всё самое интересное о красоте и здоровье, подпишитесь на рассылку !

Уровни организации

Человек - вершина эволюции животного мира. Все живые тела состоят из отдельных молекул , которые, в свою очередь, организуются в клетки , клетки - в ткани , ткани - в органы , органы - в системы органов . А они в совокупности образуют целостный организм .

На схеме показана взаимосвязь всех систем органов тела. Определяющим (детерминирующим) началом является генотип, а общими регулирующими системами - нервная и эндокринная. Уровни организации от молекулярного до системного характерны для всех органов. Организм в целом представляет собой единую взаимосвязанную систему.

Жизнь на Земле представлена индивидуумами определённого строения, принадлежащими к определённым систематическим группам, а также к сообществам разной сложности. Индивидуумы и сообщества организованы в пространстве и во времени. По подходу к их изучению можно выделить несколько основных уровней организации живой материи:

Молекулярный - любая живая система, как бы сложно была не организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и других органических. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. Этот уровень изучает молекулярная биология.

Клеточный - клетка является структурно-функциональной и универсальной единицей живого организма. Биология клетки (наука цитология) изучает морфологическую организацию клетки, специализации клеток в ходе развития, функции клеточной мембраны, механизм и регуляции деления клетки;

Тканевый - совокупность клеток, объединённых общностью происхождения, сходством строения и выполнением общей функции.

Органный - структурно-функциональное объединение и взаимодействие нескольких типов тканей, образующих органы.

Организменный - целостная дифференцированная система органов, выполняющих различные функции и представляющих многоклеточный организм.

Популяционно-видовой - совокупность особей одного вида, объединённых общим местом обитания, создающим популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляется простейшие элементарные эволюционные преобразования.

Биогеоценотический - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды обитания.

Биосферный - система высшего ранга, охватывающая все явления жизни на Земле. На этом уровне осуществляется круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью живых организмов.

Уровни организации организма человека (на примере выполнения двигательной функции )

Уровень	Структуры	Функционирование
Молекулярный	Белки: актин, миозин	Высвобождение энергии, движение нитей актина относительно нитей миозина
Субклеточный	Саркомеры и миофибриллы - структуры, сформированные несколькими белками	Укорочение саркомеров и миофибрилл
Клеточный	Мышечные волокна	Укорочение мышечных волокон
Тканевой	Поперечно-полосатая скелетная мышечная ткань	Укорочение групп (пучков) мышечных волокон
Организменный	Поперечно-полосатые скелетные мышцы	Укорочение мышц
Системный	Опорно-двигательная система	Изменение положения костей (кожи в случае мимических мышц) относительно друг друга
Функциональная система	Опорно-двигательный аппарат	Перемещение частей тела или тела в пространстве

Структура тела

На голове располагаются органы чувств: непарные - нос, язык ; парные - глаза, уши, орган равновесия . Внутри черепной коробки находится головной мозг .

Тело человека покрыто кожей. Кости и мышцы образуют опорно-мышечный аппарат. Внутри тела располагаются две полости тела - брюшная и грудная , которые разделены перегородкой - мышечной диафрагмой . В этих полостях располагаются внутренние органы . В грудной - лёгкие, сердце, сосуды, дыхательные пути и пищевод . В брюшной полости слева (под диафрагмой) - желудок , справа - печень с желчным пузырём и селезёнка . В канале позвоночника находится спинной мозг . В области поясницы расположены почки , от которых отходят мочеточники , входящие в мочевой пузырь с мочеиспускательным каналом .

Половые органы женщины представлены: яичники, маточные трубы, матка .

Половые органы мужчины представлены: яички расположенные в мошонке .

Органы и системы органов

Каждый орган имеет свою форму и определённое место в организме человека. Органы, выполняющие общие физиологические функции, объединяются в систему органов.

Система органов	Функции системы	Органы, входящие в состав системы
Покровная	Защита тела от повреждения и от проникновения в него болезнетворных микроорганизмов	Кожа
Костно-мышечная	Придание прочности и формы телу, выполнение движений	Скелет, мышцы
Дыхательная	Обеспечение газообмена	Дыхательные пути, лёгкие, дыхательные мышцы
Кровеносная	Транспортная, снабжение всех органов питательными веществами, кислородом, выделение продуктов обмена	Сердце, кровеносные сосуды
Пищеварительная	Переваривание пищи, обеспечение организма энергетическими веществами, защитная	Слюнные желез, зубы, язык, пищевод, желудок, кишечник, печень, поджелудочная железа
Выделительная	Выведение продуктов обмена веществ, осморегуляция	Почки, мочевой пузырь, мочеточники
Система органов размножения	Воспроизведение организмов	Яичники, яйцеводы, матка, семенники, наружные половые органы
Нервная система	Регуляция деятельности всех органов и поведения организма	Головной и спинной мозг, периферические нервы
Эндокринная система	Гормональная регуляция работы внутренних органов и поведения организма	Щитовидная железа, надпочечники, гипофиз и др.

Нервная система осуществляет регуляцию с помощью электрохимических сигналов, нервных импульсов. Эндокринная система действует с помощью биологически активных веществ - гормонов, которые поступают в кровь и, дойдя до органов, изменяют их работу.

Клеточное строение организма

Внешняя и внутренняя среда организма

Внешняя среда - это та среда, в которой находится организм человека. Это совокупность конкретных абиотических и биотических условий, в которых обитает данная особь, популяция или вид. Человек живёт в газообразной среде.

Внутренней средой организма называют ту среду, которая находится внутри организма: она отделяется от внешней среды оболочками тела (кожа, слизистые). В ней находятся все клетки тела. Она жидкая, имеет определённый солевой состав и постоянную температуру. К внутренней среде не относится: содержимое пищеварительного канала, мочевыводящих и дыхательных путей. Граничат с внешней средой: наружный ороговевший слой кожи и некоторые слизистые оболочки. Органы человеческого тела снабжают клетки через внутреннюю среду необходимыми веществами и удаляют ненужные вещества в процессе жизнедеятельности организма.

Строение клетки

По форме, строению и функциям клетки разнообразны, но по структуре сходные. Каждая клетка обособлена от других клеточной мембраной. Большинство клеток имеют цитоплазму и ядро. Цитоплазма - внутренняя среда, живое содержимое клетки, состоящее из волокнистого основного вещества - цитозоля и клеточных органоидов. Цитозоль - растворимая часть цитоплазмы, заполняющая пространство между клеточными органоидами. Цитозоль содержит 90% воды, а также минеральные и органические вещества (газы, ионы, сахара, витамины, аминокислоты, жирные кислоты, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и другие). Это место протекания метаболических процессов (например, гликолиза, синтеза жирных кислот, нуклеотидов, аминокислот и т.д.).

В цитоплазме клетки находится ряд структур-органоидов, каждая из которых обладает определённой функцией и имеет закономерные особенности строения и поведения в различные периоды жизнедеятельности клетки. Органоиды - постоянные, жизненно важные составные части клеток.

Строение и функции ядра

Клетка и её содержимое отделены от внешней среды или от соседних клеток поверхностной структурой. Ядро - важнейший, обязательный органоид животной клетки. Имеет шаровидную или яйцевидную форму, диаметром 10–20 мкм. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной мембраной. Наружная ядерная мембрана с поверхности, обращённой в цитоплазму покрыта рибосомами, внутренняя мембрана гладкая. Выросты внешней ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети. Обмен веществ между ядром и цитоплазмой осуществляется двумя основными путями: через ядерные поры и вследствие отшнуровывания впячиваний и выростов ядерной оболочки.

Полость ядра заполнена гелеобразным ядерным соком (кариоплазмой), где содержатся одно или несколько ядрышек, хромосомы, ДНК, РНК, ферменты, рибосомальные и структурные белки хромосом, нуклеотиды, аминокислоты, углеводы, минеральные соли, ионы, а также продукты деятельности ядрышка и хроматина. Ядерный сок выполняет связующую, транспортную и регуляторную функции.

Клеточное ядро как важнейшая составная часть клетки, содержащая ДНК (гены), выполняет следующие функции:

1. Хранение, воспроизведение и передача наследственной генетической информации.
2. Регуляция процессов обмена веществ, биосинтеза веществ, деления, жизненной активности клетки.

В ядре находятся хромосомы, основа которых - молекулы ДНК, определяющие наследственный аппарат клетки. Участки молекул ДНК, ответственные за синтез определённого белка, называют генами . В каждой хромосоме насчитывают миллиарды генов. Контролируя образование белков, гены управляют всей цепочкой сложных биохимических реакций в организме и тем самым определяют его признаки. В обычных клетках (соматических) человеческого организма содержится по 46 хромосом, в половых клетках (яйцеклетках и сперматозоидах) по 23 хромосомы (половинный набор).

В ядре находится ядрышко - плотное округлое тельце, погружённое в ядерный сок в котором осуществляется синтез важных веществ. Оно является центром синтеза и организации рибонуклеопротеидов, которые в виде пучков нитевидных образований формируют хроматиновые структуры ядрышка. Таким образом, ядрышко - место синтеза РНК.

Органоиды клетки

Постоянные клеточные структуры, каждая из которых выполняет свои особые функции, называются органоидами . В клетке они играют ту же роль, что и органы в организме.

Основными мембранными структурами клетки являются цитоплазматическая мембрана , отделяющая клетку от соседних клеток или межклеточного вещества, эндоплазматический ретикулум , аппарт Гольджи, митохондриальная и ядерная мембраны. Каждая из этих мембран имеет особенности строения и определённые функции, но все они построены по одному типу.

Функции цитоплазматической мембраны :

1. Ограничение содержимого цитоплазмы от внешней среды образованием поверхности клетки.
2. Защита от повреждений.
3. Распределение внутриклеточной среды на отсеки, в которых протекают определённые метаболические процессы.
4. Избирательный транспорт веществ (полупроницаемость). Наружная цитоплазматическая мембрана легко проницаема для одних веществ и непроницаема для других. Например, концентрация ионов К + всегда выше в клетке, чем в окружающей среде. Напротив, ионов Na + всегда больше в межклеточной жидкости. Мембрана регулирует поступление в клетку определённых ионов и молекул и выведение веществ из клетки.
5. Энерготрансформирующая функция - преобразование электрической энергии в химическую.
6. Рецепция (связывание) и проведение регуляторных сигналов в клетку.
7. Секреция веществ.
8. Образование межклеточных контактов, соединение клеток и тканей.

Эндоплазматическая сеть - мембранная разветвлённая система каналов диаметром 25–75 нм и полостей, пронизывающих цитоплазму. Особенно много каналов в клетках с интенсивным обменом веществ, по которым транспортируются синтезированные на мембранах вещества.

Различают два типа мембран эндоплазматической сети: гладкая и шероховатая (или гранулярную, содержащую рибосомы). На гладких мембранах находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обменах, детоксикации веществ. Такие мембраны преобладают в клетках сальных желёз, где осуществляется синтез жиров, печени (синтез гликогена). Основная функция шероховатых мембран - синтез белков, который осуществляется в рибосомах. Особенно много шероховатых мембран в железистых и нервных клетках.

Рибосомы - мелкие сферические тельца диаметром 15–35 нм, состоящие из двух субъединиц (большой и малой). Рибосомы содержат белки и р-РНК. Рибосомальная РНК (р-РНК) синтезируется в ядре на молекуле ДНК некоторых хромосом. Там же формируются рибосомы, которые затем покидают ядро. В цитоплазме рибосомы могут располагаться свободно или быть прикреплёнными к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети (шероховатые мембраны). В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут «работать» поодиночке или объединяться в комплексы - полирибосомы. В таком комплексе рибосомы связаны длинной молекулой м-РНК. Функция рибосом - участие в синтезе белка.

Аппарат Гольджи - система мембранных трубочек, образующих стопку уплощенных мешочков (цистерн) и связанных с ними систем пузырьков и полостей. Аппарат Гольджи особенно развит в клетках, вырабатывающих белковый секрет, в нейронах, яйцеклетках. Цистерны соединены каналами ЭПС. Синтезированные на мембранах ЭПС белки, полисахариды, жиры транспортируются к аппарату Гольджи, конденсируются внутри его структур и «упаковываются» в виде секрета, готового либо к выделению, либо к использованию в самой клетке в процессе её жизнедеятельности. Аппарат Гольджи участвует в обновлении биомембран и образовании лизосом.

Лизосомы - маленькие округлые тельца, диаметром около 0,2–0,5 мкм, ограниченные мембраной. Внутри рибосом кислая среда (рН 5) и содержится комплекс (более 30 типов) гидролитических ферментов для расщепления белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и другого. В клетке несколько десятков лизосом (особенно их много в лейкоцитах).

Лизосомы образуются или из структур комплекса Гольджи, или непосредственно из эндоплазматической сети. Они приближаются к пиноцитозным или фагоцитозным вакуолям и изливают в их полость своё содержимое. Основная функция лизосом - участие во внутриклеточном переваривании пищевых веществ путём фагоцитоза и секреции пищеварительных ферментов. Лизосомы могут также расщеплять и удалять отмершие органоиды и отработанные вещества, разрушать структуры самой клетки при её отмирании, в ходе эмбрионального развития и в ряде других случаев.

Митохондрии - мелкие тельца, ограниченные двухслойной мембраной. Митохондрии могут иметь различную форму - сферическую, овальную, цилиндрическую, нитевидную, спиральную, вытянутую, чашевидную, разветвлённую. Размеры их составляют 0,25–1 мкм в диаметре и 1,5–10 мкм в длину. Количество митохондрий в клетке - несколько тысяч, в разных тканях неодинаково, что зависит от функциональной активности клетки: их больше там, где интенсивнее синтетические процессы (например, в печени).

Стенка митохондрий состоит из двух мембран - наружной гладкой и внутренней складчатой, в которую встроена цепь транспорта электронов, АТФаза, и межмембранного пространства величиной 10–20 нм. От внутренней мембраны вглубь органоида отходят перегородки, или кристы . Складчатость значительно увеличивает внутреннюю поверхность митохондрий.

На мембранах крист в митохондриальном матриксе (внутри митохондрий) располагаются многочисленные ферменты, участвующие в энергетическом обмене (ферменты цикла Кребса, окисления жирных кислот и другие). Митохондрии тесно связаны с мембранами ЭПС, каналы которой нередко открываются прямо в митохондрии. Число митохондрий может быстро увеличиваться делением, что обусловлено молекулой ДНК, входящей в их состав. Так, внутри митохондрий содержатся собственные ДНК, РНК, рибосомы, белки. Основная функция митохондрий - синтез АТФ в ходе окислительного фосфорилирования (аэробного дыхания клетки).

Структура и функции органоидов клетки

Схематическое изображение	Структура	Функции
Плазматическая мембрана (клеточная мембрана)	Два слоя липида (бислой) между двумя слоями белка	Избирательно проницаемый барьер, регулирующий обмен между клеткой и средой
Ядро	Самая крупная органелла, заключённая в оболочку из двух мембран, пронизанную ядерными порами. Содержит хроматин - в такой форме раскрученные хромосомы находятся в интерфазе. Содержит ядрышко	Хромосомы содержат ДНК - вещество наследственности. ДНК состоит из генов , регулирующих все виды клеточной активности. Деление ядра лежит в основе размножения клеток, а следовательно, и процесса воспроизведения. В ядрышке образуются р-РНК и рибосомы
Эндоплазматический ретикулум (ЭПС)	Система уплощённых мембранных мешочков - цистерн - в виде трубочек и пластинок. Образует единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки	Если поверхность ЭПС покрыта рибосомами, то он называется шероховатым . По цистермам ЭПС транспортируется белок, синтезированный на рибосомах. Гладкий (без рибосом) служит местом синтеза липидов и стероидов
Рибосома	Очень мелкие органеллы, состоящие из двух субчастиц - большой и малой. Содержат белок и РНК приблизительно в равных долях. Рибосомы обнаруживаемые в митохондриях ещё мельче	Место синтеза белка, где удерживаются в правильном положении различные взаимодействующие молекулы. Рибосомы связаны с ЭПС или свободно лежат в цитоплазме. Много рибосом могут образовать полисому (полирибосому), в которой они нанизаны на единую нить матричной РНК
Митохондрия	Митохондрия окружена оболочкой из двух мембран; внутренняя мембрана образует складки (кристы). Содержит матрикс, в котором находятся небольшое количество рибосом, одна кольцевая молекула ДНК и фосфатные гранулы	При аэробном дыхании в кристах происходит окислительное фосфорилирование и перенос электронов, а в матриксе работают ферменты, участвующие в цикле Кребса и окислении жирных кислот
Аппарат Гольджи	Стопка уплощённых мембранных мешочков - цистерн. На одном конце стопки мешочки непрерывно образуются, а с другого - отшнуровываются в виде пузырьков	Многие клеточные материалы (например, ферменты ЭПС), претерпевают модификацию в цистернах и транспортируются в пузырьках. Аппарат Гольджи участвует в процессе секреции, и в нём образуются лизосомы
Лизосома	Простой сферический мембранный мешочек (одинарная мембрана), заполненный пищеварительными (гидролитическими) ферментами	Выполняет много функций, всегда связанных с распадом каких-либо структур или молекул. Лизосомы играют роль в аутофагии, автолизе, эндоцитозе, экзоцитозе

Деление клетки

Деление клетки - это сложный процесс бесполого размножения. У одноклеточных организмов он ведёт у увеличению числа особей, тогда как многоклеточные, начинающие своё существования с одной клетки - зиготы , создают многоклеточный организм. Это сложный процесс, начинающийся с того, что рядом каждой молекулы ДНК образуется такая же молекула. Таким образом, в хромосоме оказывается две одинаковые молекулы ДНК. Перед началом деления клетки ядро увеличивается в размерах. Хромосомы закручиваются в спираль, а ядерная оболочка исчезает. Органоиды клеточного центра расходятся к противоположным полюсам и между ними образуется веретено деления. Затем хромосомы выстраиваются по экватору. Парные молекулы ДНК каждой хромосомы соединяются с центриолями - одна молекула ДНК с одной центриолей, а её двойник - с другой. Вскоре молекулы ДНК начинают расходиться (каждая к своему полюсу), образуя новые наборы, состоящие из одинаковых хромосом и генов. В дочерних клетках образуются хромосомные клубки, вокруг которых формируется ядерная оболочка. Хромосомы раскручиваются и перестают быть видимыми. После того, как ядро сформировалось делятся органоиды, цитоплазма - появляется перетяжка разделяющая одну клетку на две дочерние.

Деление клетки

Фазы деления	Рисунок	Митоз
Профаза		хромосомы спирализуются, утолщаются, состоят из двух сестринских хроматид; ядерная мембрана растворяется; образуются нити веретена деления
Метафаза		хромосомы выстраиваются в плоскости экватора; нити веретена деления соединены с центромерами
Анафаза		центромеры делятся, к полюсам расходятся сестринские хромосомы; у каждого полюса образуется столько хромосом, сколько было в исходной материнской клетке
Телофаза		делится цитоплазма и все её органеллы; в середине клетки образуется перетяжка; формируется ядро; возникает две дочерние клетки, полностью идентичные материнской

Биологическое значение митоза заключается в воспроизведении идентичной клетки, поддержании постоянного числа хромосом. Результатом его работы является образование двух генетически однородных клеток, идентичных материнской .

Жизненные процессы клетки

В клетках любого организма идут процессы обмена веществ . Поступающие в клетку питательные вещества образуют сложные вещества; формируются клеточные структуры. Помимо этого с образованием новых веществ идут процессы биологического окисления органических веществ - углеводов, белков, жиров, при этом выделяется энергия необходимая для жизнедеятельности клетки, а продукты распада удаляются.

Ферменты . Синтез и распад веществ происходит под действием ферментов - биологических катализаторов белковой природы, которые ускоряют во много раз биохимические процессы в клетке. Один фермент действует только на определённые соединения - субстрат данного фермента.

Рост и развитие клетки . В процессе жизни организма происходит рост и развитие множества его клеток. Рост - увеличение размеров и массы клетки. Развитие - возрастные изменения, и достижения клеткой способностей выполнять свои функции.

Покой и возбуждение клеток . Клетки в организме могут находиться в состоянии покоя и возбуждения. При возбуждении клетка включается в работу и выполняет свои функции. Возбуждение клетки обычно связано с раздражением. Раздражение - это процесс влияния на клетку механическим, химическим, электрическим, тепловым и т.д. воздействием. В результате клетка из состояния покоя переходит в состояние возбуждения (активно работает). Возбудимость - способность клетки отвечать на раздражение (этой способностью обладают мышечные и нервные клетки).

Ткани

Ткани организма человека делят на четыре типа: эпителиальные , или пограничные; соединительные , или ткани внутренней среды организма; сократимые мышечные ткани и ткани нервной системы .

Ткани общего назначения - эпителиальные и внутренней среды (кровь, лимфа и соединительная ткань: собственно соединительная, хрящевая, костная).

Специальные ткани - мышечная, нервная.

Эпителиальная ткань (покровная) - смежная ткань, покрывающая организм снаружи; выстилает внутренние органы и полости; входит в состав печени, желёз, лёгких. Кроме того, они выстилают внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, дыхательных путей, мочеточников. К эпителиальным тканям относится и железистая ткань, вырабатывающая различные виды секретов (пот, слюну, желудочный сок, сок поджелудочной железы). Клетки этой ткани располагаются в виде пласта, а их особенностью является их полярность (верхняя и нижняя часть клетки). Эпителиальные клетки обладают способностью к восстановлению (регенерация ). В эпителиальной ткани нет кровеносных сосудов (клетки питаются диффузно, через базальную пластинку).

Различные виды эпителия

Вид ткани (рисунок)	Строение ткани	Местонахождение	Функции
Плоский эпителий	гладкая поверхность клеток; клетки плотно прилегают друг к другу; однослойный; покровный	поверхность кожи, ротовая полость, пищевод, альвеолы, капсулы нефронов, плевра, брюшина	покровная, защитная, выделительная (газообмен, выделение мочи)
Кубический эпителий	кубические плотно примыкающие друг к другу клетки; однослойный; железистый	канальцы почек, слюнные железы, железы внутренней секреции	реарбсорбция (обратное) при образовании вторичной мочи, выделение слюны, секретов с гормонами
Цилиндрический эпителий (призматический)	клетки цилиндрической формы; однослойный; покровный	желудок, кишечник, желчный пузырь, трахея, матка	слизистая оболочка желудка и кишечника
Однослойный мерцательный эпителий	состоит из клеток с многочисленными волосками (ресничками); однослойный	дыхательные пути, спинномозговой канал, желудочки мозга, яйцеводы	защитная (реснички задерживают и удаляют частицы пыли), организует ток жидкости, перемещение яйцеклетки
Псевдомногослойный	клетки конической формы лежат в один слой, но чередуясь узкими и широкими концами, создают двурядное положение ядер; покровный	обонятельные зоны, вкусовые сосочки языка, мочевой канал, трахеи	чувствительный эпителий . Восприятие запаха, вкуса, наполнение мочевого пузыря, ощущение присутствия посторонних частиц в трахее
Многослойный	ороговевают верхние слои клеток; покровный	кожа, волосы, ногти	защитная, терморегулирующая, покровная

Таким образом, эпителиальной ткани присущи следующие функции: покровная, защитная, трофическая, секреторная .

Соединительные ткани

Соединительные ткани или ткани внутренней среды представлены кровью, лимфой и соединительной тканью. Особенностью этой ткани является наличие, кроме клеточных элементов, большого количества межклеточного вещества, представленного основным веществом и волокнистыми структурами (образованы фибриллярными белками - коллагеном, эластином и т.д.). Соединительная ткань подразделяется на: собственно соединительную, хрящевую, костную .

Собственно соединительная ткань создаёт прослойки внутренних органов, подкожную клетчатку, связки, сухожилия и другое. Хрящевая ткань образует:

• гиалиновый хрящ - образует суставные поверхности;
• волокнистый - находится в межпозвоночных дисках;
• эластический входит - в состав ушных раковин и надгортанника.

Костная ткань формирует кости скелета, прочность которой придают отложения в ней нерастворимых кальциевых солей. Костная ткань принимает участие в минеральном обмене веществ организма. (См. в разделе «Опорно-двигательная система»).

Ткани внутренней среды

Вид ткани (рисунок)	Строение ткани	Местонахождение	Функции
Рыхлая соединительная ткань	Рыхло расположенные волокна и клетки, переплетающиеся между собой; межклеточное вещество бесструктурное, с тучными и жировыми клетками.	подкожная жировая клетчатка, околосердечная сумка, проводящие пути нервной системы, кровеносные сосуды, брыжейки	соединяет кожу с мышцами, поддерживает органы в организме, заполняет промежутки между органами. Участвует в терморегуляции тела
Хрящевая ткань	Живые круглые или овальные клетки хондроциты , лежащие в капсулах; коллагеновые волокна; межклеточное вещество плотное, упругое,прозрачное.	межпозвонковые диски, хрящи гортани, трахеи, рёбер, ушная раковина, поверхность суставов, основания сухожилий, скелет зародыша	сглаживание трущихся поверхностей костей. Защита от деформации дыхательных путей, ушных раковин. Присоединение сухожилий к костям

Функции соединительной ткани: защитная, опорная, питательная (трофическая) .

Клетки мышечной ткани обладают свойствами: возбудимости, сократимости, проводимости .

Разновидности мышечной ткани

Различают три типа мышечной ткани: гладкая, поперечно-полосатая, сердечная.

Ткани внутренней среды

Вид ткани (рисунок)	Строение ткани	Местонахождение	Функции
Гладкая ткань	клетки имеют веретенообразную форму; клетки содержат одно ядро; не имеют поперечной исчерченности	образует мускулатуру внутренних органов, входит в состав стенок кровеносных и лимфатических сосудов	иннервируются вегетативной нервной системой и осуществляют относительно медленные движения и тонические сокращения
Поперечно-полосатая ткань (мышечное волокно)	длинная многоядерная клетка с поперечной исчерченностью, обусловленной определённым составом и расположением мышечных белков; содержат сокращающиеся волокна	скелетная мускулатура, мышцы языка, глотки, начальная часть пищевода	сокращаются в ответ на импульсы, приходящие от двигательных нейронов спинного и головного мозга
Сердечная ткань	имеет исчерченность и обладает автономией клетки соединены друг с другом при помощи отростков (вставочные диски)	сочетает свойства гладкой и поперечно-полосатой мышечных тканей; сердце	отвечает за сокращение всех мышечных элементов

Функции мышечной ткани: перемещение тела в пространстве; смещение и фиксация частей тела; изменение объёма полости тела, просвета сосуда, движение кожи; работа сердца.

Нервная ткань

Нервная ткань формирует головной и спинной мозг, нервные ганглии и волокна. Клетками нервной ткани являются нейроны и глиальные клетки. Главная особенность нейронов - высокая возбудимость. Они получают раздражение (сигналы) из внешней и внутренней среды организма, проводят и перерабатывают их. Нейроны собраны в очень сложные и многочисленные цепи, которые необходимы для получения, переработки, хранения и использования информации.

Типы нейронов:

1. Униполярный (двигательный, центробежный )
2. Псевдобиполярный (чувствительный, центростремительный )
3. Мультиполярный (входит в состав головного мозга )

1. Дендриты
2. Тело нейрона
3. Клеточное ядро
4. Цитоплазма
5. Аксоны
6. Шванновская клетка
7. Окончания аксона
8. Дендрон

Нейрон состоит из тела клетки (сомы) и двух видов отростков - дендритов, аксонов и концевых пластин . В теле нейрона находится ядро с округлыми ядрышками.

Строение нейрона (нервная клетка)

1. Тело нейрона
2. Дендриты
3. Аксоны
4. Концевые пластинки
5. Синаптические пузырьки
6. Миелиновая оболочка
7. Перехват Ранвье
8. Вещество Ниссля
9. Окончание нервного волокна
10. Участок мышечного волокна, находящийся в состоянии сокращения

Дендриты (2) - короткие, толстые, сильно ветвящиеся отростки, проводящие нервные импульсы (возбуждение) к телу нервной клетки.

Аксон (3) - один длинный (до 1,5 м) неветвящийся отросток нервной клетки, проводящий нервный импульс от тела клетки к её концевому отделу. Отростки - это полые трубочки, наполненные цитоплазмой, которая течёт по направлению к концевым пластинам. Цитоплазма забирает ферменты, которые образовались в структурах гранулярного эндоплазматического ретикулума (8) и катализирующие синтез медиаторов в концевых пластинах (4). Медиаторы запасаются в синаптических пузырьках (5). Аксоны некоторых нейронов защищены с поверхности миелиновой оболочкой (6), образованной шванновскими клетками , обвивающими аксон. Эта оболочка состоит из клеток своеобразной нервной ткани - глии , в которую погружены все нервные клетки. Глия играет вспомогательную роль - она выполняет изолирующую, опорную, трофическую и защитную функции. Места, в которых аксон не покрыт (миелиновой оболочкой), называют перехватами Ранвье (7). Миелин (жироподобное белое вещество) является остатком мембран мёртвых клеток и его состав обеспечивает изолирующие свойства клетки.

Нервные клетки соединяются друг с другом посредством синапсов. Синапс - место контакта двух нейронов, где происходит передача нервного импульса от одной клетки к другой. Синапсы образуются в местах контакта аксона с клетками, которым он передаёт информацию. Эти участки несколько утолщены (10), так как содержат пузырьки с раздражающей жидкостью. Если нервные импульсы доходят до синапса, пузырьки лопаются, жидкость изливается в синоптическую щель и воздействует на оболочку клетки, принимающей информацию. В зависимости от состава и количества биологически активных веществ, содержащихся в жидкости, принимающая информацию клетка может возбудиться и усилить свою работу, либо затормозиться - ослабить или вовсе прекратить её.

Воспринимающие информацию клетки обычно имеют много синапсов. Через одни из них они получают стимулирующие сигналы, через другие - отрицательные, тормозные. Все эти сигналы суммируются, после чего следует изменение работы.

Таким образом, к функциям нервной ткани относят: получение, переработку, хранение, передачу информации поступающей из внешней среды и внутренних органов; регуляция и согласование деятельности всех систем организма.

Физиологические системы органов

Ткани организма человека и животного образуют органы и физиологические системы органов: покровную, систему опоры и движения, пищеварительную, кровеносную, дыхательную, выделительную, половую, эндокринную, нервную.

Физиологические системы	Органы образующие систему	Значение
Покровная система	Кожа и слизистые оболочки	Предохраняет организм от внешних воздействий
Система опоры и движения	Кости, образующие скелет и мышцы	Придают телу форму, обеспечивают опору и движение, защищают внутренние органы
Пищеварительная система	Органы ротовой полости (язык, зубы, слюнные железы ), глотку, пищевод, желудок, кишечник, печень, поджелудочная железа	Обеспечивают переработку питательных веществ в организме
Кровеносная система	Сердце и кровеносные сосуды	Осуществляет процесс кровообращения и обмена веществ между организмом и средой
Дыхательная система	Носовая полость, носоглотка, трахея, лёгкие	Обеспечивают газообмен
Выделительная система	Почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал	Удаляет из организма конечные токсичные продукты обмена веществ
Половая система	Мужские органы (семенники, мошонка, предстательная железа, пенис). Женские органы (яичники, матка, влагалище, наружные женские половые органы)	Обеспечивают размножение
Эндокринная система	Железы внутренней секреции (щитовидную, половые, поджелудочную, надпочечники и др.)	Вырабатывают гормоны, регулирующие функции и метаболизм в органах и тканях
Нервная система	Нервная ткань, пронизывающая все органы и ткани	Регулирует согласованное функционирование всех систем и целостного организма в изменяющихся условиях окружающей среды

Рефлекторная регуляция

Нервная система регулирует все процессы в организме, а также обеспечивает соответствующую реакцию организма на воздействие внешней среды. Эти функции нервной системы выполняется рефлекторно. Рефлекс - ответ организма на раздражение, который происходит при участии центральной нервной системы. Рефлексы осуществляются вследствие распространения по рефлекторной дуге процесса возбуждения. Рефлекторная деятельность - это результат взаимодействия двух процессов - возбуждения и торможения .

Возбуждение и торможение - два противоположных процесса, взаимодействие которых обеспечивает согласованную деятельность нервной системы и согласованную работу органов нашего тела.

Центральная и периферическая нервная система

Большинство нейронов находится в головном и спинном мозге. Они составляют центральную нервную систему (ЦНС). Часть этих нейронов выходит за её пределы: их длинные отростки объединяются в пучки, которые в составе нервов идут ко всем органам тела. Нервная система состоит из нервных клеток - нейронов (насчитывается 25 млрд нейронов в головном мозге и 25 млн на периферии.

Центральная нервная система включает в себя головной и спинной мозг. Кроме нервов, в головном мозге и не ЦНС встречаются скопления тел нейронов - это нервные узлы. Периферическая часть нервной системы включает в себя отходящие от головного и спинного мозга нервы и нервные узлы, расположенные вне головного и спинного мозга. По функции нервная система делится на соматическую и вегетативную нервную систему. Соматическая - осуществляет связь организма с внешней средой (восприятие раздражений, регуляцию движений поперечно-полосатой мускулатуры и другое), а вегетативная - регулирует обмен веществ и работу внутренних органов (биение сердца, тонус сосудов, перистальтические сокращения кишечника, секрецию различных желёз и т.д.). обе эти системы работают в тесном взаимодействии, но вегетативная нервная система обладает некоторой самостоятельностью (автономностью), управляя непроизвольными функциями.

Рефлекс и рефлекторная дуга

Деятельность нервной системы носит рефлекторный характер. Рефлекс - закономерная ответная реакция организма на изменения внешней или внутренней среды, осуществляемая центральной нервной системой в ответ на раздражение рецепторов. Рецепторы - нервные окончания, воспринимающие информацию об изменениях, происходящих во внешней и внутренней среде. Любое раздражение (механическое, световое, звуковое, химическое, электрическое, температурное ), воспринимаемое рецептором, преобразуется в процесс возбуждения. Возбуждение передаётся по чувствительным - центростремительным нервным волокнам в центральную нервную систему, где происходит срочный процесс переработки импульсов. Отсюда импульсы направляются по волокнам центробежных нейронов к исполнительным органам, реализующим ответную реакцию на раздражение.

Рефлекторная дуга - это путь, по которому проходят нервные импульсы от рецепторов к исполнительному органу. Для осуществления любого рефлекса необходима согласованная работа всех звеньев рефлекторной дуги.

Схема рефлекторной дуги.

1. Внешний раздражитель
2. Окончания чувствительного нерва в коже
3. Сенсорный нейрон
4. Синапс
5. Вставочный нейрон
6. Синапс (передача от нейрона к нейрону )
7. Моторный нейрон

В осуществлении любого рефлекторного действия участвуют процессы возбуждения, вызывающие определённую деятельность, и процесс торможения, выключающие те нервные центры, которые мешают осуществлению рефлекторных действий. Процесс торможения противоположен возбуждению. Взаимодействие процессов возбуждения и торможения лежит в основе нервной деятельности, регуляции и координации функций в организме.

Таким образом, эти оба процесса (возбуждения и торможения ) тесно связаны между собой, что обеспечивает согласованную деятельность всех органов и всего организма.

(ядерные). Прокариотические клетки - более простые по строению, по-видимому, они возникли в процессе эволюции раньше. Эукариотические клетки - более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими.

Несмотря на многообразие форм организация клеток всех живых организмов подчинена единым структурным принципам.

Прокариотическая клетка

Эукариотическая клетка

Строение эукариотической клетки

Поверхностный комплекс животной клетки

Состоит из гликокаликса , плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы . Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана , толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира - гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет из себя «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов , полисахаридов , гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в нее молекулами белков , в частности, поверхностных антигенов и рецепторов . В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета - упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты . Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий . При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).

Структура цитоплазмы

Жидкую составляющую цитоплазмы также называют цитозолем. Под световым микроскопом казалось, что клетка заполнена чем-то вроде жидкой плазмы или золя, в котором «плавают» ядро и другие органоиды . На самом деле это не так. Внутреннее пространство эукариотической клетки строго упорядочено. Передвижение органоидов координируется при помощи специализированных транспортных систем, так называемых микротрубочек , служащих внутриклеточными «дорогами» и специальных белков динеинов и кинезинов , играющих роль «двигателей». Отдельные белковые молекулы также не диффундируют свободно по всему внутриклеточному пространству, а направляются в необходимые компартменты при помощи специальных сигналов на их поверхности, узнаваемых транспортными системами клетки.

Эндоплазматический ретикулум

В эукариотической клетке существует система переходящих друг в друга мембранных отсеков (трубок и цистерн), которая называется эндоплазматическим ретикулумом (или эндоплазматическая сеть, ЭПР или ЭПС). Ту часть ЭПР, к мембранам которого прикреплены рибосомы , относят к гранулярному (или шероховатому ) эндоплазматическому ретикулуму, на его мембранах происходит синтез белков. Те компартменты, на стенках которых нет рибосом, относят к гладкому (или агранулярному ) ЭПР, принимающему участие в синтезе липидов . Внутренние пространства гладкого и гранулярного ЭПР не изолированы, а переходят друг в друга и сообщаются с просветом ядерной оболочки .

Аппарат Гольджи

Ядро

Цитоскелет

Центриоли

Митохондрии

Сопоставление про- и эукариотической клеток

Наиболее важным отличием эукариот от прокариот долгое время считалось наличие оформленного ядра и мембранных органоидов. Однако к 1970-1980-м гг. стало ясно, что это лишь следствие более глубинных различий в организации цитоскелета . Некоторое время считалось, что цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг. белки, гомологичные основным белкам цитоскелета эукариот, были обнаружены и у бактерий.

Именно наличие специфическим образом устроенного цитоскелета позволяет эукариотам создать систему подвижных внутренних мембранных органоидов. Кроме того, цитоскелет позволяет осуществлять эндо- и экзоцитоз (как предполагается, именно благодаря эндоцитозу в эукариотных клетках появились внутриклеточные симбионты, в том числе митохондрии и пластиды). Другая важнейшая функция цитоскелета эукариот - обеспечение деления ядра (митоз и мейоз) и тела (цитотомия) эукариотной клетки (деление прокариотических клеткок организовано проще). Различия в строении цитоскелета объясняют и другие отличия про- и эукариот - например, постоянство и простоту форм прокариотических клеток и значительное разнообразие формы и способность к её изменению у эукариотических, а также относительно большие размеры последних. Так, размеры прокариотических клеток составляют в среднем 0,5-5 мкм , размеры эукариотических - в среднем от 10 до 50 мкм. Кроме того, только среди эукариот попадаются поистине гигантские клетки, такие как массивные яйцеклетки акул или страусов (в птичьем яйце весь желток - это одна огромная яйцеклетка), нейроны крупных млекопитающих, отростки которых, укрепленные цитоскелетом, могут достигать десятков сантиметров в длину.

Анаплазия

Разрушение клеточной структуры (например, при злокачественных опухолях) носит название анаплазии .

История открытия клеток

Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный нам благодаря закону Гука). В году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа . Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В году голландский мастер Антоний ван Левенгук (Anton van Leeuwenhoek, -) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» - движущиеся живые организмы. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. Однако клеточная теория строения организмов сформировалась лишь к середине XIX века, после того как появились более мощные микроскопы и были разработаны методы фиксации и окраски клеток. Одним из её основоположников был Рудольф Вирхов , однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.

См. также

• Сравнение строения клеток бактерий, растений и животных

Ссылки

• Molecular Biology Of The Cell, 4е издание, 2002 г. - учебник по молекулярной биологии на английском языке
• Цитология и генетика (0564-3783) публикует статьи на русском, украинском и английском языках по выбору автора, переводится на английский язык (0095-4527)

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Клетка (биология)" в других словарях:

БИОЛОГИЯ - БИОЛОГИЯ. Содержание: I. История биологии.............. 424 Витализм и машинизм. Возникновение эмпирических наук в XVI XVIII вв. Возникновение и развитие эволюционной теории. Развитие физиологии в XIX в. Развитие клеточного учения. Итоги XIX века … Большая медицинская энциклопедия

- (cellula, cytus), основная структурно функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Может существовать как отд. организм (бактерии, простейшие, нек рые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных,… … Биологический энциклопедический словарь

Клетки аэробных спорообразующих бактерий имеют палочковидную форму и в сравнении с неспороносными бактериями, как правило, более крупных размеров. Вегетативные формы спороносных бактерий обладают более слабым активным движением, хотя им… … Биологическая энциклопедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Клетка (значения). Клетки крови человека (РЭМ) … Википедия