Сергей Титов - Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

В конце 30-х гг. XIX в. немецкие исследователи – ботаник Матиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, суть которой заключалась в том, что все растения и животные состоят из сходных по строению клеток. В 1858 г. немецкий биолог Рудольф Вирхов дополнил эту теорию ещё одним положением, доказав, что все клетки организма образуются только в результате деления исходных материнских клеток.

Перечислим основные положения современной клеточной теории.

1. Клетка – основная, обязательная и наименьшая единица всех живых организмов. Все живые организмы состоят из клеток.

2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу и общему плану строения.

3. Увеличение числа клеток происходит только путём деления исходных (материнских) клеток.

Рис. 40. Многообразие одноклеточных организмов: А – амёба обыкновенная; Б – зелёные водоросли; В – радиолярия; Г – солнечник

4. Универсальное клеточное строение живых организмов свидетельствует о том, что все они имеют единое происхождение.

Развитие цитологии позволило в очень скором времени установить, что как животные, так и растительные клетки содержат в себе, помимо ядра и окружающей его полужидкой среды, многочисленные структурно-функциональные образования – органоиды.

Каждая отдельная клетка может обладать всеми функциями живого, т. е. представлять собой самостоятельную живую систему. Клетка может быть самостоятельным организмом, полностью обеспечивающим все необходимые для её жизни потребности. Такие организмы называют одноклеточными (рис. 40). К ним относятся все бактерии, а также многие растения, грибы и животные.

В многоклеточных организмах клетки объединяются в целостную систему. В этом случае между отдельными клетками существует «разделение труда», а для поддержания жизнедеятельности целого организма они объединяются в ткани, органы и системы органов, выполняющие специфические для них функции (рис. 41). Например, в организмах содержатся половые клетки – гаметы, специфической функцией которых является размножение. Другие клетки, называемые соматическими, выполняют разные функции: они переносят кислород (эритроциты), осуществляют движения (мышечные клетки), передают сигналы (нервные клетки) и т. д.

Рис. 41. Многообразие клеток человека: А – клетка костной ткани; Б – клетка жировой ткани; В – эпителиальные клетки щеки; Г – клетки щитовидной железы

Размеры клеток варьируют от одного микрометра до нескольких сантиметров. Форма клеток тоже может быть очень разнообразной: они могут иметь форму шара или диска, представлять сложные разветвлённые образования, быть кубическими, веретеновидными и пр. Несмотря на то что основные химические соединения, содержащиеся во всех клетках, одинаковы, некоторые клетки могут вырабатывать вещества, характерные только для них. Так, клетки растений, способные к фотосинтезу, образуют хлорофилл, некоторые клетки растений и животных производят токсины – яды, опасные для других растений, животных, а иногда и для человека.

1. Кто и когда впервые обнаружил существование растительной клетки?

2. Сформулируйте основные положения современной клеточной теории.

3. Приведите примеры одноклеточных и многоклеточных организмов.

4. Как вы считаете, чьё строение будет более сложным – клетки одноклеточного организма или специализированной клетки многоклеточного организма? Докажите свою точку зрения.

Из курса «Человек и его здоровье» вспомните, какие типы клеток, входящих в состав различных органов, вам известны. Опишите особенности их строения и назовите функции, которые они выполняют в организме.

Основным химическим веществом, содержащимся в живой клетке, является вода. Взрослый человек более чем на 60 % состоит из воды. У эмбрионов и детей эта доля ещё больше. Вода является необходимым веществом для любых форм жизнедеятельности. Главная её особенность – способность хорошо растворять в себе многие вещества, в том числе сахара, спирты, аминокислоты и соли, которые при этом распадаются на ионы. Вещества, хорошо растворимые в воде, называют гидрофильными (от греч. «гидро» – вода и «филео» – любовь). Практически все химические реакции в клетке протекают в водных растворах. Однако в воде растворяются не все вещества. Например, жиры, некоторые белки и нуклеиновые кислоты в воде нерастворимы. Такие вещества называют гидрофобными (от греч. «гидро» – вода и «фобос» – боязнь). В водной среде организма присутствуют в виде ионов многие неорганические соли. Основными катионами (положительно заряженными ионами) являются ионы калия, натрия, кальция и магния, а среди анионов преобладают ионы соляной, угольной, фосфорной и азотной кислот.

Главными органическими соединениями, играющими ключевую роль в живой клетке, являются нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и жиры. Их строение вам уже известно. Давайте теперь поговорим о функциях, которые они выполняют в организме.

ДНК служит хранилищем наследственной информации (рис. 42). В ней записана инструкция о построении будущего организма. В этой инструкции сказано, к какому виду принадлежит данный организм, где будут расположены все его органы и как они будут работать.

Рис. 42. Образование водородных связей между комплементарными основаниями двух цепей ДНК

Рис. 43. Строение молекулы РНК

Во взрослом организме ДНК также продолжает контролировать всю деятельность его клеток, определяя, какие именно белки и в каком количестве требуются в данный момент. Для этого на ДНК синтезируется информационная РНК (иРНК). Строится она по тому же принципу, по которому происходит самоудвоение ДНК, с той только разницей, что против аденина становится не тимин, а урацил (рис. 43). Кроме того, в отличие от ДНК, РНК является одноцепочечной молекулой. Последовательность нуклеотидов в молекуле РНК определяет последовательность аминокислот в будущем белке. Такой синтез называют матричным (РНК строится на матрице ДНК). Подробнее о процессе синтеза белка будет рассказано в одном из следующих параграфов.