Размножение клеток эукариот кратко

Обновлено: 19.05.2024

Митоз — основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала.

Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют митотический цикл. Ниже приводится краткая характеристика фаз цикла.

Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G₁, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G₂.

Пресинтетический период (2n 2c, где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.

Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК.

Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.

Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).

Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки.

Митотический цикл, митоз: 1 — профаза; 2 — метафаза; 3 — анафаза; 4 — телофаза.

Биологическое значение митоза. Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.

Мейоз

Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.

Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).

Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.

Профаза 1 подразделяется на стадии: лептотена (завершение репликации ДНК), зиготена (конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов), пахитена (кроссинговер, перекомбинация генов), диплотена (выявление хиазм, 1 блок овогенеза у человека), диакинез (терминализация хиазм).

Мейоз: 1 — лептотена; 2 — зиготена; 3 — пахитена; 4 — диплотена; 5 — диакинез; 6 — метафаза 1; 7 — анафаза 1; 8 — телофаза 1;
9 — профаза 2; 10 — метафаза 2; 11 — анафаза 2; 12 — телофаза 2.

Купить проверочные работы
и тесты по биологии

Метафаза 1 (2n 4c) — выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза 1 (2n 4c) — случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к другому), перекомбинация хромосом.

Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.

Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.

Интерфаза 2, или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.

Профаза 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.

Метафаза 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.

Анафаза 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.

Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.

Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.

Амитоз

Амитоз — прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом, вне митотического цикла. Описан для стареющих, патологически измененных и обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна вернуться в нормальный митотический цикл.

Клеточный цикл

Клеточный цикл — жизнь клетки от момента ее появления до деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя период подготовки к делению и собственно митоз. Кроме этого, в жизненном цикле имеются периоды покоя, во время которых клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу: гибель или возврат в митотический цикл.

Целостный организм состоит из дискретных единиц — клеток. Жизнь почти всех клеток короче жизни особи, поэтому существование каждой особи поддерживается размножением клеток. Каждый вид организмов также дискретен, т. е. состоит из отдельных особей. Каждая из них смертна. Существование вида поддерживается размножением особей.

Следовательно, размножение — необходимое условие существования вида и преемственности последовательных генераций внутри вида.

!. В основе классификации форм размножения эукариот лежит тип исходных клеток:

• при бесполом размножении организм производит потомство из соматических клеток, передавая дочерним организмам только собственные наследственные признаки в неизменяемом генетическом материале. Происходит простое копирование;

• при половом размножении между специализированными половыми клетками происходит обмен генетическим материалом. В этом случае дочерний организм получает генетический материал от разных исходных особей.

Всем видам эукариот свойственны оба вида размножения. Бесполое размножение.

• митотическое деление;
• шизогония (множественное деление);
• почкование;
• спорообразование;

• вегетативное размножение;
• спорообразование.

• без оплодотворения;
• с оплодотворением.

Органоиды обычно распределяются равномерно. В ряде случаев обнаружено, что делению предшествует их удвоение. После деления дочерние особи растут и, достигнув величины материнского организма, переходят к новому делению. Шизогония, или множественное деление, — форма размножения, развившаяся из предыдущей. При шизогонии происходит многократное деление ядра без цитокинеза, а затем и вся цитоплазма распределяется на частички, обособляющиеся вокруг ядра. Из одной клетки образуется много дочерних. Почкование заключается в том, что на материнской клетке первоначально образуется небольшой бугорок, содержащий ядро. Почка растет, достигает размеров материнской особи и затем отделяется от нее.

Спорообразование встречается у животных, относящихся к типу простейших, классу споровиков. Спора — одна из стадий жизненного цикла, служащая для размножения, она состоит из клетки, покрытой оболочкой, защищающей от неблагоприятных условий внешней среды. Некоторые бактерии после полового процесса способны образовывать споры.

Вопрос 41. Вегетативное (бесполое) размножение многоклеточных

1. Вегетативное размножение

3. Размножение с помощью спор

1. У многоклеточных растений одна из характерных форм бесполого размножения — вегетативное размножение. Для такого размножения могут служить отдельные части вегетативных органов. Так, осот, пырей и многие другие многолетние травы размножаются подземными участками стебля — корневищами.

В ряде случаев образуются специальные органы, служащие для вегетативного размножения. Это видоизмененные части стебля — клубни картофеля, луковицы лука, чеснока.

При вегетативном размножении у многоклеточных животных новый организм образуется из группы клеток, отделяющейся от материнского организма. Вегетативное размножение встречается лишь у наиболее примитивных из многоклеточных животных — губок, кольчатых червей и др.

За счет размножения группы клеток на теле этих животных образуется выпячивание — почка. В почку входят клетки экто-и энтодермы. У гидры почка постепенно увеличивается, на ней формируются щупальца, и затем она отделяется от материнской особи.

Ресничные и кольчатые черви делятся перетяжками на несколько частей, з каждой из которых восстанавливаются недостающие органы.

У некоторых кишечнополостных встречается размножение стробиляцией, когда полипоидный организм довольно интенсивно растет и по достижении известных размеров начинает поперечными перетяжками делиться на дочерние особи. В это время полип напоминает стопку тарелок или блюдец. Образовавшиеся особи — медузы — отрываются и начинают самостоятельную жизнь.

2. Особая форма вегетативного размножения – полиэмбриония, когда эмбрион делится на несколько частей, каждая из которых развивается в самостоятельный организм. Полиэмбриония распространена у ос, ведущих паразитический образ жизни в личиночном состоянии, среди млекопитающих она встречается у броненосца.

3. Размножение путем спорообразования связано с возникновением специальных клеток – спор. Эта форма размножения характерна:

У нитчатых зеленых водорослей из некоторых клеток могут формироваться споры. Они получили название зооспор, так как снабжены ресничками или жгутиками и могут плавать в воде. У более высокоорганизованных растений споры образуются в специальных органах – спорангиях. Споры наземных растений неподвижны, очень мелки, содержат ядро, цитоплазму и покрыты плотной оболочкой, хорошо защищающей от неблагоприятных условий. Каждая такая клетка дает начало новому организму. Число образуемых растениями спор огромно. Благодаря мелким размерам споры легко разносятся ветром. Таким образом, размножение спорообразованием имеет ряд ценных приспособлений для расселения и поддержания существования видов растений, имеющих эту форму размножения.

У многих растений (мхи, папоротникообразные) размножение спорообразованием чередуется с половым размножением.

Вопрос 42. Половое размножение одноклеточных

1. Половое размножение у одноклеточных.

2. Конъюгация, гаметическая копуляция

3. Изогамия и анизогами

1. Кроме митотического деления, у одноклеточных обнаружен также половой процесс, который заключается обычно в слиянии двух половых клеток — гамет. Формы полового процесса у одноклеточных организмов можно объединить в две группы: конъюгацию, при которой специальные половые клетки не образуются, и гаметическую копуляцию, когда формируются половые элементы и происходит их попарное слияние.

2. У некоторых видов бактерий существуют особи, которые можно назвать женскими (реципиентными) и мужскими (донорскими). Последние имеют цитоплазматический фактор пола F+.

Между такими особями периодически осуществляется половой процесс, называемый конъюгацией.

У бактерий (гаплоидов) конъюгаты после синтеза ДНК образуют между собой протоплазматический мостик, через который часть ДНК переходит из донорской клетки в реципиентную, что приводит к комбинативной изменчивости вида.

У инфузорий существует своеобразная форма конъюгации. Инфузории — животные из типа простейших. Их характерной чертой является наличие двух ядер:

При конъюгации инфузории сближаются попарно, между ними образуется протоплазматический мостик. Одновременно в ядерном аппарате каждого из партнеров совершаются сложные процессы: макронуклеус растворяется, а микронуклеус делится без предварительного удвоения хромосом (путем мейоза), в результате чего формируется стационарное и мигрирующее ядра. Каждое из них содержит гаплоидный набор хромосом. Мигрирующее ядро переходит в цитоплазму партнера, где оба ядра (стационарное и мигрирующее) сливаются, образуя так называемый синкарион, содержащий диплоидный набор хромосом. После ряда сложных перестроек из синкариона формируются обычные макро- и микронуклеусы. После конъюгации инфузории расходятся. Каждая из них сохраняет самостоятельность, но благодаря обмену кариоплазмой наследственная информация каждой особи изменяется, что (как и в других случаях полового процесса) может привести к появлению новых комбинаций свойств и признаков.

Гаметической копуляцией называется половой процесс у одноклеточных организмов, при котором две особи приобретают половые различия, т. е. превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу.

3. В процессе эволюции степень различия гамет нарастает. На первом этапе полового размножения у гамет еще не наблюдается морфологической дифференцировки, т. е. имеет место изогамия. Примером может служить размножение раковинной корненожки полистолиллы. У этих одноклеточных животных ядро делится путем мейоза, три гаплоидных ядра лизируются, а клетка, приобретая пару жгутиков, становится подвижной изо-гаметой.

Дальнейшее усложнение процесса связано с дифференцировкой гамет на крупные и мелкие клетки, т. е. появлением анизогамии. Наиболее примитивная форма ее существует у некоторых колониальных жгутиконосцев. У Pandorina morum образуются как большие, так и малые гаметы, причем и те и другие подвижны. Более того, сливаться попарно могут не только большая гамета с малой, но и малая с малой, однако большая гамета с большой никогда не сливаются. Следовательно, у пандорины наряду с появлением анизогамии еще сохраняется изогамия.

У другого колониального жгутиконосца – Eudorina elegans и хламидомонад макро- и микрогаметы еще подвижны, но сливаются лишь разные гаметы, т. е. проявляется исключительно анизогамия. Наконец, у вольвокса большая гамета становится неподвижной, она во много раз крупнее мелких подвижных гамет.

Такая форма анизогамии, когда гаметы резко различны, получила название оогамии. У многоклеточных животных при половом размножении имеет место лишь оогамия.

Вопрос 43. Половое размножение многоклеточных. Строение половых клеток (гамет)

1. Гаметы у многоклеточных

1. Гаметы представляют собой высокодифференцированные половые клетки. В процессе эволюции они приобрели приспособления для выполнения специфических функций. Формированию гамет у многоклеточных предшествует особая форма деления клеток — мейоз. В результате мейоза в половых клетках образуется не диплоидный, как в соматических клетках, а гаплоидный набор хромосом. Развитие гамет у многоклеточных животных происходит в половых железах – гонадах. Различают два типа половых клеток:

Ядра как мужских, так и женских гамет в равной мере содержат наследственную информацию, необходимую для развития организма. Но другие функции яйцеклетки и сперматозоида различны, поэтому по строению они резко отличаются друг от друга.

Сперматозоиды развиваются в семенниках, яйцеклетки — в яичниках. Семенниками обладают особи мужского пола (самцы), яичниками — женские особи (самки).

2. Если мужские и женские клетки развиваются в одной особи, такой организм называется гермафродитом. Гермафродитизм свойствен многим животным, стоящим на сравнительно низких ступенях эволюции органического мира:

• плоским и кольчатым червям;

• как патологическое состояние в других группах животных. При естественном гермафродитизме мужские и женские половые железы могут функционировать одновременно на протяжении всей жизни данной особи. В таких случаях организмы, как правило, имеют ряд приспособлений, препятствующих самооплодотворению.

У моллюсков половая железа периодически продуцирует то яйцеклетки, то сперматозоиды. Это зависит как от возраста особи, так и от условий существования. Например, у устриц это может быть обусловлено преобладанием белкового или углеводного питания.

3. Яйцеклетки неподвижны, имеют шаровидную или слегка вытянутую форму. Они содержат все типичные клеточные органоиды, но строение их отличается от такового у других клеток, так как приспособлено для реализации возможности развития целого организма. Размеры яйцеклетки значительно превышают размеры соматических клеток. Внутриклеточная структура цитоплазмы в яйцеклетках специфична для каждого вида животных, чем обеспечиваются видовые, а нередко и индивидуальные, особенности развития.

В яйцеклетках содержится ряд веществ, необходимых для развития зародыша. К их числу относится питательный материал — желток. У некоторых видов животных накапливается столько желтка в яйцеклетках, что они могут быть видны невооруженным глазом.

Яйцеклетки покрыты оболочками, которые по происхождению бывают:

Первичная оболочка образуется из поверхностного слоя еще незрелой половой клетки — овоцита. Под электронным микроскопом видно, что она пронизана микроворсинками и отростками фолликулярных клеток, прилегающих к поверхности яйцеклетки. По этим структурам в овоцит поступают питательные вещества. После завершения периода роста они стягиваются, а пористость первичной оболочки исчезает.

Вторичная оболочка состоит из фолликулярных клеток или выделяемых ими секретов.

Третичными оболочками являются, например, белковая, подскорлуповая и скорлуповая оболочки яиц птиц. Яйцеклетки не у всех видов животных обладают всеми тремя типами оболочек, иногда может встречаться всего одна или две из них. Яйцеклетки млекопитающих третичной оболочки не имеют.

4. Сперматозоиды обладают способностью к движению, чем в известной мере обеспечивается возможность встречи с яйцеклеткой. По морфологическому строению и малому количеству цитоплазмы сперматозоиды резко отличаются от всех других клеток, но все основные органоиды в них имеются.

Типичный сперматозоид имеет:

На переднем конце головки расположена акросома, состоящая из видоизмененного комплекса Гольджи. Основную массу головки занимает ядро. В шейке находятся центриоль и спиральная нить, образованная митохондриями. При исследовании сперматозоидов обнаружено, что протоплазма головки сперматозоида имеет не коллоидное, а жидкокристаллическое состояние. Этим достигается устойчивость сперматозоидов к неблагоприятным влияниям внешней среды. Размеры сперматозоидов всегда микроскопические.

Для некоторых животных характерны атипичные сперматозоиды, строение которых весьма разнообразно. Скажем, сперматозоиды ракообразных обладают выростами в виде лучей.

У одноклеточных организмов, имеющих ядро, существует несколько разнообразных по механизму протекания способов бесполого размножения. Чаще всего встречаются четыре: 1) деление клетки надвое; 2) почкование; 3) спорообразование; 4) шизогония.

Деление клетки надвое

У одноклеточных эукариот разделению материнской клетки предшествует деление ядра — образуются два дочерних ядра, идентичных как друг другу, так и исходному материнскому. У многих одноклеточных (эвглена зеленая, хламидомонада) деление ядра происходит в основном с разрушением ядерной оболочки, расхождением дочерних хромосом к полюсам клетки и формированием двух новых ядер. Иногда при делении клетки материнское ядро делится на дочерние ядра путем перетяжки без расхождения хромосом к полюсам клетки (амеба обыкновенная, инфузория туфелька). После этого следует разделение цитоплазмы и образование двух дочерних клеток. Органоиды клетки при этом либо разделяются между дочерними особями, либо образуются заново у одной из них, как это бывает со жгутиками и сократительными вакуолями.

Деление клеток у одноклеточных эукариот может происходить в продольной плоскости (у жгутиконосцев) или в поперечной (у инфузорий), или в любом направлении (например, у амеб).

Почкование

У некоторых одноклеточных эукариот перед делением ядра в материнской клетке формируется небольшой вырост оболочки с цитоплазмой, куда потом перемещается одно из образовавшихся дочерних ядер. Формируется почка, которая отделяется от материнской клетки и превращается в малую дочернюю особь. Некоторое время она растет и развивается, достигая размеров материнского организма. Почкование является основным способом размножения дрожжевых грибов при благоприятных условиях. Если при почковании дочерние клетки не отделяются от материнской, то образуются цепочки клеток, которые могут разветвляться.

В отличие от простого деления, при почковании материнская клетка делится на неравные части, постоянно отпочковывая меньшую дочернюю клетку и сохраняя при этом свое существование.

Спорообразование

Как вы уже знаете, у прокариот споры представляют собой особое состояние клетки, позволяющее переносить неблагоприятные условия. У одноклеточных эукариот (хлорелла, хламидомонада) спорообразование происходит путем многократного синхронного деления ядра и содержимого клетки с образованием вокруг дочерних клеток собственных клеточных оболочек при сохранении целостности оболочки материнской клетки. В результате под общей оболочкой образуется много мелких клеток — спор. Спора представляет собой небольшую клетку, состоящую из ядра и небольшого количества цитоплазмы. Например, у хлореллы в одной клетке может образоваться до 64 неподвижных спор. Споры, имеющие жгутики и способные к передвижению, называются зооспорами (хламидомонада). После разрыва оболочки материнской клетки споры выходят в окружающую среду и каждая спора, прорастая, дает начало новому организму. Так как споры микроскопически малы, то легко переносятся ветром, водой или другими организмами, что способствует не только размножению, но и расселению особей.

Таким образом, споры (от греч. sporá — сеяние, посев) — микроскопические специализированные клетки, служащие для бесполого размножения, расселения и (или) сохранения при неблагоприятных условиях.

Шизогония

Повторим главное. У одноклеточных эукариот бесполое размножение может осуществляться делением клетки надвое, почкованием, спорообразованием и шизогонией. При делении клетки надвое деление ядра может происходить как с расхождением хромосом к полюсам, так и путем его перетяжки. При этом из материнской клетки образуются две идентичные дочерние. При почковании материнская клетка отпочковывает меньшую дочернюю клетку и сохраняет при этом свое существование. Спорообразование у одноклеточных эукариот обеспечивает сразу две функции — размножения и расселения. Споры могут быть неподвижными или иметь жгутики (зооспоры). Шизогония — множественное деление клетки преимущественно у паразитических одноклеточных, позволяющее быстро заражать много клеток хозяина.

Проверим знания

Ключевые вопросы

1. Какие способы бесполого размножения одноклеточных эукариот известны в природе?
2. Чем различается почкование у эукариот и прокариот?
3. Почему спорообразование у эукариот является способом бесполого размножения, а у прокариот — таковым не является?

Сложные вопросы

1. Установите соответствие между одноклеточными организмами и способами их бесполого размножения. Организмы: дрожжи, кишечная палочка, амеба обыкновенная, хлорелла, хламидомонада. Способы бесполого размножения: деление клетки, спорообразование, почкование.
2. Какой из способов бесполого размножения одноклеточных организмов возник позже в процессе развития органического мира? Дайте аргументированный ответ с использованием дополнительной информации.

Индивидуальное домашнее задание. Возьмите 10 г сухих пекарских дрожжей и столовую ложку сахара, растворите их в стакане теплой воды (30—35 °С). Отбирайте через каждые 20 мин по 20 мл суспензии и проводите кипячение проб. Пробы после кипячения вылейте в прозрачные стаканчики, дайте отстояться и измерьте высоту осадка. Постройте график изменения высоты осадка с течением времени. Объясните полученные результаты.

Все живое на планете состоит из клеток, а в случае бактерий одна клетка является полноценным живым организмом. И как растения, животные и бактерии отличаются друг от друга по внешнему виду и строению, так и их клетки различаются между собой. Исключение составляют фаги – вирусы, которые являются примером неклеточной жизни.

Ключевые вехи развития клеточной теории

В 70-е годы 17 века М. Мальпиги и Н. Грю исследовали клеточное строение растений.

В это же время А. Левенгук открыл и описал бактерии – одноклеточные организмы.

Исследование в 17 и 18 веках носило эпизодический характер, и в связи с несовершенством микроскопов возникало множество ошибочных предположений о клеточном строении.

В 19 веке теория о клеточном строении организмов получила дополнительное подтверждение, что явилось следствием конструктивного усовершенствования оптических микроскопов, в частности использования ахроматических линз.

Ф. Линк и Молднхоуэр на примере растений доказывают, что клетка является обособленной структурой организма, Ф. Мейен описывает клеточный обмен как процесс, самостоятельный для каждой клетки.

Значительный вклад в создание клеточной теории сделал Пуркинье и его ученики. Они проводили исследования животных тканей, в частности тканей человека, и сопоставляли полученные данные с имеющейся информацией по растительным клеткам. Я. Пуркинье первым открыл и описал протоплазму клетки (1825 г.) Однако вывод о гомологии клеток растений и животных в то время сделан не был.

Р. Броун в 1831 году впервые описал клеточное ядро и выдвинул предположение, что оно является частью клетки растений.

В 1838 г. немецкие ученые М. Шлейден (ботаник) и Т. Шванн (зоолог) независимо друг от друга пришли к идее, что живой организм (у М. Шлейдена – растение, а у Т. Шванна – животное) состоит из отдельных клеток.

Основные положения теории М. Шлейдена и Т. Шванна

Важнейшее значение в изучении и понимании процессов в живых организмах имели следующие положения выдвинутой теории:

все живые организмы состоят из клеток;
рост растений и животных происходит в результате размножения клеток.

Значимый вклад в развитие клеточной теории внес (1858 г.) Р. Вирхов, выдвинув положение, что клетка бактерий, растений или животных возникает только из клетки, и других возможностей не существует.

Современная теория является развитием положений М. Шлейдена и Т. Шванна, опирающимся на возросшие технические возможности. Она включает в себя следующие ключевые положения о клетке:

она является элементарной единицей практически всех живых организмов, исключение составляют неклеточные формы – вирусы;
у бактерий, растений и животных они гомологичны (сходны по основным свойствам и отличаются по второстепенным);
размножаются путем деления, то есть новые клетки всегда возникают из предыдущих клеточных тканей.

Все живое состоит из клеток. В свете этого постулата ученые не пришли к единому мнению, следует ли считать фаги (вирусы) живыми организмами, ведь основные признаки живого (размножение, обмен веществ и др.) у них отсутствуют и могут проявляться лишь в чужом организме, а сами фаги являются вне ее лишь достаточно сложным химическим соединением.

По своей сути, фаги являются облигатными (не живут вне тела хозяина) паразитами. Они распространены так же широко, как и все другие организмы – воздух, водоемы и суша населены не только ядерными и доядерными формами жизни, но и фагами, которые могут поражать как прокариотов, так и эукариотов.

Фаги являются самой распространенный формой органической материи – в водоемах их содержится огромное количество – в 1 мл воды насчитывается до единиц фагов.

Известно, что вирусы могут поражать не только бактерии, такие фаги называют бактериофагами, но и всех эукариотов – растения, грибы и животных. Таким образом, роль фагов становится очевидной – они являются важным звеном в механизме регуляции численности всего живого на планете.

Доядерные и ядерные формы жизни

Все живое можно разделить на 2 группы:

прокариоты (бактерии и архебактерии);
эукариоты (растения и животные).

Несмотря на общее происхождение, клетки бактерий имеют не так много схожих признаков с растениями и животными, к ним относятся:

наличие наружного замкнутого слоя – фосфолипидной мембраны;
присутствие наследственного материала – рибосомы и хромосомы.

Строение прокариотических и эукариотических клеток, представленное как сравнительная характеристика, наглядно показано в таблице:

Свойство	Доядерные (прокариоты)	Ядерные (эукариоты)
Размер	2-10 мкм	10-100 мкм
Форма клетки	Для различных видов бактерий характерны свои формы – они могут быть круглыми (кокки), палочковидными или спиралевидной формы (спириллы и вибрионы)	Клетка растения имеет фиксированную прямоугольную форму, а для животных характерна неправильная округлая форма
Наличие капсулы	Присутствует у отдельных видов; не является характерной чертой прокариотов	Отсутствует
Клеточная стенка	Присутствует у всех бактерий	Характерно наличие у растений и грибов, а у животных отсутствует
Плазматическая мембрана	Есть	Есть
Ядро клетки	Нет	Есть
Хромосомы	Как таковых хромосом нет; генетический материал содержит нуклеоид – закольцованная спаренная молекула ДНК; линейные молекулы ДНК редко встречаются у прокариотов	Нуклеопротеидные структуры ядра эукариотов, являются носителем генетической информации; кариотип – совокупность всех хромосом клетки – является специфическим признаком конкретного вида и не подвержен индивидуальным изменениям
Тип деления	Прямое	Митоз
Наличие пилей	Есть	Нет
Органеллы перемещения	Есть – жгутики и реснички	Есть у всех эукариотов (ундулиподии, закрепленные с помощью кинетосом), кроме грибов

Клеточное строение усложняется от прокариотов к эукариотам. Если организм бактерии состоит из одной клетки, то организмы высших животных, в частности человека, состоят из .

Химический состав

Важной характеристикой живой клетки является ее химический состав.

Клеточное вещество бактерий, растений и животных представляет собой сложный двухфазный коллоид:

цитоплазматический матрикс, способный переходить от жидкого до твердого агрегатного состояния;
мембранная система, выполняющая роль более жидкой составляющей.

Элементарный клеточный состав насчитывает более 70 единиц и в процентном соотношении по убыванию распределяется следующим образом:

кислород – 65%;
углерод -18%;
водород – 10%;
азот – 3%;
кальций, калий, фосфор, хлор и сера.

Данная группа химических элементов присутствует всегда в значительном количестве и носит название макроэлементов.

Микроэлементы, такие как медь, марганец, селен, кобальт и другие, также являются обязательной частью клетки, но необходимы в малых количествах.

Химические элементы присутствуют не в виде молекул чистого вещества – они образуют различные органические и неорганические соединения, имеющие свою роль в процессе жизнедеятельности организма.

Неорганика организмов

Исключительное значение для жизнедеятельности любой формы – бактерий, растений, грибов или животных – имеет вода.

Это неорганическое соединение является:

средой для проведения реакций;
растворителем химических веществ;
частью механизма выведения продуктов обмена;
гарантом стабильного температурного режима прокариотов и эукариотов.
Кроме воды, в структуре присутствуют минеральные соли, они являются частью клеточной протоплазмы.

Органические соединения

Основными органическими соединениями, участвующими в строении и жизнедеятельности организмов бактерий, растений, грибов и животных, являются углеводы (простые и сложные), липиды, стероиды, белки, АТФ и нуклеиновые кислоты.

Роль биологических молекул в живых организмах заключается в следующем:

углеводы (соединение углерода, водорода и кислорода) являются составной частью мембранных систем и важнейшим энергетическим источником;
липиды (соединение спиртов и жирных кислот) играют роль накопителей энергии;
стероиды – данные вещества являются гормонами;
белки – сложные соединения со значительной молекулярной массой; являются строительным материалом, а также катализаторами, гормонами, токсинами и антителами, вследствие деструкции становятся источниками энергии;
АТФ – осуществляет обмен энергии и вещества, является источником энергии для биохимических процессов;
нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК – являются носителями генетической информации.

Методы изучения клеточной структуры

В связи с микроскопическими размерами изучение строения клеток стало возможным только с появлением микроскопов.

Современная наука использует для исследования цитопроцессов системно-структурные методики, объединяющие микроскопическую технику и цитологические исследования.

Для изучения процессов в клетках бактерий, растений, грибов и животных используются следующие техники микроскопирования:

1. Световая – используются оптические микроскопы, разрешающая способность до 105 крат (проекция на экран); имеет модификации:

фазово-контрастная – используются оптические микроскопы для получения изображений прозрачных объектов;
ультрафиолетовая и инфракрасная – оптические микроскопы оснащаются флуоресцентными экранами, объекты изучают в УФ- или ИК-частях спектра;
люминесцентная – метод основан на появлении люминесценции под воздействием УФ-излучения.

2. Электронная – применение сканирующих электронных микроскопов позволило получить трехмерное изображение клетки, а дополнительное использование замедленной киносъемки дало возможность записать процесс жизнедеятельности самой клетки.

Цитологические исследования используют цитохимические методы – избирательное окрашивание определенных участков цитоплазмы, а также методики авторадиографии – введение радиоактивных изотопов водорода, фосфора или углерода в клетку и отслеживание их на фотоэмульсиях.

Цитологи способны выделить отдельные компоненты клетки методами дифференциального центрифугирования. Применение при анализе хроматографов позволяет разделить биологические молекулы, а их пространственное расположение определяют методами рентгеноструктурного анализа.

Особенности размножения прокариотов и эукариотов

Сравнительная характеристика процесса пролиферации (размножения) доядерных и ядерных организмов выявляет различные процессы, протекающие при размножении в клетках прокариотов и эукариотов.

Размножение безъядерной клетки осуществляется простым делением на 2 равноценные по размеру и составу части, каждая из которых является носителем одинаковой генетической информации.

Эукариотические клетки размножаются по одному из двух механизмов:

митоз – непрямое деление, основное для ядерных форм; происходит деление ядра с образованием родительского набора хромосом в каждом из дочерних ядер, далее происходит деление самой клетки;
мейоз – деление клетки с уменьшением хромосомного набора вдвое – образуются гаметы, при оплодотворении происходит слияние гамет, новый организм имеет полный набор хромосом.

Независимо от того, является клетка прокариотом или эукариотом, она всегда связана с жизнью. В отсутствии клетки жизни не существует.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Все живые организмы могут быть распределены в одну из двух групп (прокариоты или эукариоты) в зависимости от основной структуры их клеток. Прокариоты — живые организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра и мембранных органелл. Эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат ядро, а также мембранные органеллы.

Компоненты клеток заключены в мембрану, которая служит барьером между внешним миром и внутренними составляющими клетки. Клеточная мембрана — избирательный барьер, это означает, что он пропускает некоторые химические вещества, поддерживающие равновесие, необходимое для жизнедеятельности клеток.

Клеточная мембрана регулирует перемещение химических веществ из клетки в клетку следующими способами:

диффузия (тенденция молекул вещества к минимизации концентрации, то есть перемещение молекул из области с более высокой концентрацией по направлению к области с более низкой до момента выравнивания концентрации);
осмос (движение молекул растворителя через частично проницаемую мембрану для того, чтобы уравнять концентрацию растворенного вещества, которое не в состоянии двигаться через мембрану);
селективный транспорт (при помощи мембранных каналов и насосов).

Прокариоты

Прокариоты — организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра или любых мембранных органелл. Это означает, что генетический материал ДНК у прокариот не связан в ядре. Кроме того, ДНК прокариот менее структурирована, чем у эукариот. В прокариотах ДНК одноконтурная. ДНК эукариот организована в хромосомы. Большинство прокариот состоят только из одной клетки (одноклеточные), но есть несколько и многоклеточных. Ученые разделяют прокариот на две группы: бактерии и археи.

Типичная клетка прокариота включает:

плазматическую (клеточную) мембрану;
цитоплазму;
рибосомы;
жгутики и пили;
нуклеоид;
плазмиды;

Эукариоты

Эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат ядро и мембранные органеллы. Генетический материал у эукариот находится в ядре, а ДНК организована в хромосомы. Эукариотические организмы могут быть одноклеточными и многоклеточными. Все животные являются эукариотами. Также эукариоты включают растения, грибы и простейших.

Читайте также: