Андрей Каменский - Биология. Общая биология. 10–11 классы

– все живые существа состоят из клеток;

– все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности;

– каждая клетка самостоятельна; деятельность организма является суммой процессов жизнедеятельности составляющих его клеток.

М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно полагали, что клетки в организме возникают из неклеточного вещества. Поэтому очень важным дополнением к клеточной теории стал принцип Рудольфа Вирхова: «Каждая клетка – из клетки» (1859). Позднее Вальтер Флеминг описал митоз, Оскар Гертвиг и Эдуард Страсбургер независимо друг от друга пришли к выводу о том, что информация о наследственных признаках клетки заключена в ядре. В 1892 г. И. И. Мечников открыл явление фагоцитоза. Так, работами многих исследователей была создана современная клеточная теория, основой которой является клеточная теория Шванна. Положения современной клеточной теории:

– клетка является универсальной структурой и функциональной единицей живого;

– все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности;

– клетки образуются только при делении предшествующих им клеток;

– клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована и организм представляет собой целостную систему.

Именно благодаря деятельности клеток в многоклеточных организмах осуществляется обмен веществ и энергии, рост и размножение.

Клеточная теория – одно из важнейших обобщений современной биологии.

Клеточная теория.

1. Любую ли клетку можно рассмотреть в световой микроскоп?

2. Чем электронный микроскоп отличается от светового?

3. Можно ли с помощью электронного микроскопа увидеть бактерию диаметром 20 мкм?

4. Кто открыл явление фагоцитоза?

5. Каковы основные положения современной клеточной теории?

Организм человека состоит приблизительно из 220 миллиардов клеток! Если все эти клетки выложить в один ряд, то этот ряд протянется на 15 000 км. Обычно клетки очень невелики; наименьшие из них имеют диаметр всего 0,5 мкм (шаровидные бактерии микрококки). Средними по размеру можно считать клетки диаметром от 20 до 100 мкм. Но клетки могут быть и очень крупными. Например, длина отростка нервной клетки – аксона – может достигать одного метра. Многоядерные волокна поперечнополосатой мышцы имеют длину до 10 см.

1. Что такое химический элемент?

2. Сколько химических элементов известно в настоящее время?

3. Какие вещества называют неорганическими?

4. Какие соединения называют органическими?

5. Какие химические связи называют ковалентными?

Химические элементы клетки.По химическому составу клетки разных организмов и даже клетки, выполняющие различные функции в одном многоклеточном организме, могут существенно отличаться друг от друга. В то же время разные клетки включают в себя практически одни и те же химические элементы. Сходство элементарного химического состава клеток разных организмов доказывает единство живой природы. Вместе с тем нет ни одного химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в телах неживой природы. Это указывает на общность живой и неживой природы.

Из всех известных в настоящее время элементов таблицы Менделеева более половины обнаружено в составе клетки, т. е. это практически все элементы, присутствующие на нашей планете в сколько-нибудь значительном количестве. В то же время распределение этих элементов в клетках крайне неравномерно. Так, примерно 98 % от массы любой клетки приходится на четыре элемента: кислород (75 %), углерод (15 %), водород (8 %) и азот (3 %). Эти элементы составляют основу органических соединений, а кислород и водород, кроме того, входят в состав воды.

Около 2 % от массы клетки приходится на следующие восемь элементов: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и сера. Остальные химические элементы содержатся в клетке в крайне малом количестве. Некоторые живые организмы способны накапливать определённые химические элементы. Так, например, некоторые водоросли накапливают иод, лютики – литий, ряска – радий и т. д.

Все элементы по содержанию их в живых организмах разделяются на три группы. Элементы, количество которых составляет до 0,001 % от массы тела, называются макроэлементами, те, на долю которых приходится от 0,001 до 0,000001 %, – микроэлементами, а элементы, содержание которых не превышает 0,000001 %, – ультрамикроэлементами (табл. 1).

Таблица 1. Важнейшие химические элементы клетки

Химические вещества клетки.Элементы, входящие в состав организмов, могут быть составными частями молекул разнообразных неорганических и органических соединений либо находиться в форме ионов, например катионов (К +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) и анионов (Сl -, НСО, Н 2РО, SO 4 2-и др.) (рис. 5). Важнейшим из неорганических веществ, входящих в состав клетки, является вода. В ней растворены газы (О 2, СО 2, N 2) и другие соединения. Органические вещества состоят в основном из С, Н и О; в составе белков к этим элементам прибавляются N и S, а в нуклеиновых кислотах – N и Р. Соотношение органических и неорганических веществ в клетках различно (табл. 2).

Таблица 2. Процентное соотношение органических и неорганических веществ, содержащихся в клетке

Рис. 5. Вещества, входящие в состав живых организмов

Углерод, имея уникальные химические свойства, фундаментальные для жизни, составляет её химическую основу. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, кольца, составляющие скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. Из них образуются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Основная причина разнообразия органических молекул – не столько отличия составляющих их атомов, сколько разнообразие порядка их связи друг с другом. Благодаря прочности ковалентных связей существуют гигантские органические молекулы – белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, многообразие которых почти бесконечно. Они составляют более 97 % от сухого вещества клетки.