Фундаментальные свойства живого. 2 страница



Клеточный уровень. На клеточном уровне также отмечается однотипность всех живых организмов. Клетка является основной самостоятель­но функционирующей элементарной биологической единицей, характерной для всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уров-не возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточ­ный уровень у одноклеточных организ­мов совпадает с организменным. В ис­тории жизни на нашей планете был такой период (первая половина архейской эры), когда все организмы находились на этом уровне организации. Из таких организмов состояли все виды, биоце­нозы и биосфера в целом.

Тканевый уровень. Сово­купность клеток с одинаковым типом ор­ганизации составляет ткань. Тканевый уровень возник вместе споявлением многоклеточных животных и расте­ний, имеющих дифференцированные ткани. У многоклеточных организмов он развивается в период онтогенеза. Большое сходство между всеми орга­низмами сохраняется на тканевом уров­не. Совместно функционирующие клет­ки, относящиеся к разным тканям, со­ставляют органы. Всего лишь 5 основ­ных тканей входят в состав органов всех многоклеточных животных и 6 ос­новных тканей образуют органы рас­тений.

Организменный (онтоге­нетический)уровень. На организменном уровне обнаруживает­ся труднообозримое многообразие форм. Разнообразие организмов, относящих­ся к разным видам, да и в пределах одного вида,— следствие не разнооб­разия дискретных единиц низшего по­рядка, а все усложняющихся их про­странственных комбинаций, обуслов­ливающих новые качественные особен­ности. В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов живот­ных и около полумиллиона видов выс­ших растений. Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов.

Особь — организм как целое — эле­ментарная единица жизни. Вне особей в природе жизнь не существует. На организменном уровне протекают про­цессы онтогенеза, поэтому уровень этот называют еще онтогенетическим. Нервная и гуморальная системы осу­ществляют саморегуляцию в организ­ме и обусловливают определенный гомеостаз.

Популяционно-видовой уровень. Совокупность организ­мов (особей) одного вида, населяющих определенную территорию, свободно между собой скрещивающихся, состав­ляет популяцию. Популяция — это элементарная единица эволюционного процесса; в ней начинаются процессы видообразования. Популяция входит в состав биогеоценозов.

Биоценотический и биосферный уровни. Биогеоценозы — исторически сложившиеся ус­тойчивые сообщества популяций раз­ных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обме­ном веществ, энергии и информации. Они являются элементарными систе­мами, в которых осуществляется ве­щественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов. Биогеоценозы составля­ют биосферу и обусловливают все процессы, протекающие в ней.

Только при комплексном изучении явлений жизни на всех уровнях можно получать целостное представление об особой (биологической) форме суще­ствования материи.

Представление об уровнях организа­ции жизни имеет непосредственное отношение к основным принципам меди­цины. Оно заставляет смотреть на здо­ровый и больной человеческий орга­низм как на целостную, но в то же вре­мя сложную иерархически соподчинен­ную систему организации. Знание структур и функций на каждом из них помогает вскрыть сущность болезнен­ного процесса. Учет той человеческой популяции, к которой относится данный индивидуум, может потребоваться, на­пример, при диагностике наследствен­ной болезни. Для вскрытия особенно­стей течения заболевания и эпидеми­ческого процесса необходимо также учи­тывать особенности биоценотической и социальной среды. Имеет ли дело врач с отдельным больным или челове­ческим коллективом, он всегда ос­новывается на комплексе знаний, полученных на всех уровнях биоло­гических микро-, мезо- и макросис­тем.

 

 

(3) Клетка как элементарная генетиче­ская и структурно-функциональная биологическая единица.

Клетка — элементарная биологиче­ская система, способная к само­обновлению, самовоспроизведению и развитию. Клеточные структуры ле­жат в основе строения растений и животных. Каким бы многообразным ни представлялось строение организмов, в основе его лежат сходные структуры—клетки. Среди современных организмов можно последовательно проследить формирование клетки в процессе эволюции органиче­ского мира — от прокариотов, таких, как микоплазма и дробянки (общее на­звание бактерий и синезеленых водорослей), к эукариотам. В отношении прокариот и животных типа простей­ших понятия «клетка» и «организм> совпадают. Их называют одноклеточны­ми. Одноклеточными являются также некоторые виды- водорослей и грибов. Большинство растений и животных состоят из многих клеток; они получили название многоклеточных. У многокле­точных организмов клетки образуют ткани, входящие в состав органов. Жизнедеятельность клеток у много­клеточных подчинена координирующе­му влиянию целостного организма. Ко­ординация у животных осуществляется нервной системой и гуморальными факторами, т. е. жидкостями, циркули­рующими в организме, а у растений — непосредственной цитоплазматической связью между клетками и циркулирую­щими веществами (фитогормонами).

Клеточная теория Шванна. Немецкий зоолог Т. Шванн (1810-1882) в 1839 г. опубликовал труд «Микроско­пические исследования о соответствии в структуре и росте животных и расте­ний». В этой классической работе бы­ли заложены основы клеточной теории. Шванн нашел верный принцип сопо­ставления клеток растительных и жи­вотных организмов. Он установил, что хотя клетки животных крайне разно­образны и значительно отличаются от клеток растений, ядра во всех клетках обладают большим сходством. Если в каком-либо видимом под микроскопом образовании присутствует ядро, это образование, по мнению Шванна, мож­но считать клеткой. Основываясь на таком критерии, Шванн выдвинул основные положения клеточной теории: 1) клетка является главной структур­ной единицей всех организмов (рас­тительных и животных); 2) процрсс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку рас­тительных и животных тканей.

Развитие клеточной теории Р. Вирховом.В 1858 г. вышел в свет основной труд немецкого патолога Р. Вирхова (1821—1902) «Целлюлярная патология». Это произведение, ставшее классическим, оказало, влия­ние на дальнейшее развитие учения о клетке и для своего времени имело большое прогрессивное значение. До Вирхова основу всех патологических процессов видели в изменении состава жидкостей и борьбе нематериальных сил организма. Вирхов подошел к объ­яснению патологического процесса материалистически, показав связь его в организме с морфологическими струк­турами, с определенными изменениями в строении клеток. Это исследование положило начало новой науке — па­тологии, которая является основой теоретической и клинической медици­ны. Вирхов ввел в науку ряд новых представлений о роли клеточных струк­тур в организме.

Положение Вирхова «каждая клетка из клетки» — блестяще подтвердилось дальнейшим развитием биологии. В на­стоящее время неизвестны иные способы появления новых клеток, помимо деле­ния уже существующих. Однако этот тезис не отрицает того факта, что на заре жизни клетки развились из обра­зований, еще не имевших клеточной структуры.

 

Положение Вирхова о том, что вне клеток нет жизни, тоже не потеряло своего значения. В многоклеточном организме имеются неклеточные струк­туры, но они — производные клеток. Примитивные организмы — вирусы — приобретают способность к активным процессам жизнедеятельности и раз­множению лишь после проникновения в клетку.

Важным обобщением явилось также утверждение, что наибольшее значение в жизнедеятельности клеток имеют не оболочки, а их содержимое: прото­плазма и ядро.

Однако представления Вирхова не были лишены ошибок. Уже у Шванна проявилась тенденция рассматривать организмы как своеобразную сумму составляющих их клеток. Вирхов и особенно его последователи не только не отказались от этого положения, но и развили его дальше. Так, известный немецкий зоолог-дарвинист Э. Геккель (1834—1919) рассматривал всякий мно­гоклеточный организм как некое «госу­дарство» клеток, в котором каждая клетка «живет» своей самостоятельной жизнью. Отсюда вытекало ошибочное мнение, что патологический процесс в организме представляет собой сумму нарушении жизнедеятельности отдельных клеток, что это —локальный (мест­ный) процесс.

Вирхов и его последователи не виде­ли также качественного различия меж­ду частью и целым, рассматривая орга­низм вне его исторического развития и условий существования. Вирховскую концепцию критиковали русские есте­ствоиспытатели и клиницисты И. М. Сеченов (1829—1905), С. П. Боткин (1832—1889) и И. П. Павлов (1849— 1936). И. М. Сеченов уже в 1860 г. от­метил, что Вирхов изучает организм оторвано от среды, а органы — от организма. Русские клиницисты и фи­зиологи своими исследованиями пока­зали, что организм — единое целое и что интеграция его частей осуществля­ется, в первую очередь, нервной систе­мой. И. П. Павлов установил ведущую координирующую роль центральной нервной системы в организме. Оказа­лось, что обмен веществ, питание орга­нов и клеток находятся также под контролем нервной системы.

В настоящее время наука располага­ет большим фактическим материалом, убеждающим в том, что не только про­цессы жизнедеятельности, но также форма и величина клеток, как и другие морфологические особенности каждой клетки, связаны с теми процессами, которые протекают в организме. Един­ство частей целого обусловлено нервной и гуморальной регуляцией.

В целом появление «Целлюлярной патологии» Вирхова следует рассмат­ривать как важную веху в истории био­логии и медицины. Освобожденная от механистических ошибок и дополненная позднейшими открытиями, она легла в основу современных представлений о клеточном строении организма.

Прокариоты — доядерные ор­ганизмы, не имеющие типичного ядра, заключенного в ядерную мембрану. Генетический материал представлен единственной нитью ДНК, образующей кольцо,— генофором. Эта нить не приобрела еще сложного строения, характерного для хромосом, в ней нет белков-гистонов. Деление клетки толь­ко амитотическое. В клетке прокариотов отсутствуют митохондрии, центриоли, пластиды, развитая система мембран. Из организмов, имеющих клеточное строение, наиболее примитивны мико­плазмы. Это бактериоподобные су­щества,

 

ведующие паразитический или сапрофитный образ жизни. По разме­рам микоплазма приближается к виру­сам. Самые мелкие клетки микоплаз-мы крупнее вируса гриппа, но мельче вируса коровьей оспы. Так, если вирус гриппа имеет диаметр от 0,08 до 0,1 мкм, а вирус коровьей оспы — от 0,22 до 0,26 мкм, то диаметр «клеток» микоплазмы — возбудителя поваль­ного воспаления легких рогатого ско­та — от 0,1 до 0,2 мкм.

В отличие от вирусов, осуществляю­щих процессы жизнедеятельности толь­ко после проникновения в клетки, микоплазма способна проявлять жизне­деятельность, свойственную организ­мам, имеющим клеточное строение. Эти бактериоподобные существа могут рас­ти и размножаться на синтетической среде. Их «клетка» построена из срав­нительно небольшого числа молекул (около 1200), но имеет полный набор макромолекул, характерных для любых клеток (белки, ДНК и РНК) и содер­жит около 300 различных ферментов.

По некоторым признакам «клетки» микоплазмы ближе стоят к клеткам животных, чем растений. Они не имеют жесткой оболочки, окружены гибкой мембраной; состав липидов близок к таковому клеток животных.

Как уже сказано, к прокариотам относятся бактерии и синезеленые во­доросли, объединяемые общим терми­ном «дробянки». Клетка типичных дро­бянок покрыта оболочкой из целлю­лозы. Дробянки играют существенную роль в круговороте веществ в природе: синезеленые водоросли — как синте­тики органического вещества, бакте­рии — как минерализирующие его. Многие бактерии имеют медицинское и ветеринарное значение как возбудите­ли заболеваний.

Эукариоты — ядерные орга­низмы, имеющие ядро, окруженное ядерной мембраной. Генетический ма­териал сосредоточен преимущественно в хромосомах, имеющих сложное строе­ние и состоящих из нитей ДНК и бел­ковых молекул. Деление клеток митоти-ческое. Имеются центриоли, митохонд­рии, пластиды. Среди эукариотов су­ществуют как одноклеточные, так и многоклеточные организмы.

 

 

(4) Структура и функция компонентов клетки. Как правило, клетки обладают микроскопическими размерами. Части клетки, выполняющие различные функ­ции,— органоиды— имеют микроскопи­ческие и субмикроскопические разме­ры. Диаметр большинства клеток ко­леблется от 0,01 до 0,1 мм (или от 10 до 100 мкм). Диаметр самых мелких клеток животных равен 4 мкм. Объем большинства клеток человека нахо­дится в пределах 200—15 000 мкм3. Однако известны и очень крупные клет­ки, видимые невооруженным глазом. Величина клеток зависит от выполняе­мых ими функций. Так, яйцеклетки благодаря накоплению в них пита­тельных веществ достигают больших размеров. У многих растений (арбуз, помидор, лимон и др.) крупные раз­меры имеют клетки плодов, включаю­щие вакуоли с клеточным соком.

Размеры клеток прямо не связаны с величиной организма. Так, клетки пе­чени и почек у лошади, крупного скота и мыши имеют примерно одинаковую величину. Величина органов, как и размеры целого организма животных и растений, зависит от числа клеток.

Форма клеток также обусловлена выполняемыми ими функциями. Мы­шечные клетки вытянуты. Клетки по­кровной ткани многоугольны. Нервные клетки благодаря большому числу от­ростков приобрели звездчатую форму. Свободно подвижные лейкоциты имеют округлую и могут принимать амебоид­ную форму и т. д.

Число клеток, строящих организм, разнообразно: от одной (у протестов) или небольшого числа (у коловраток и круглых червей) до многих миллиар­дов, как у большинства многоклеточ­ных.

Структурные компоненты цитоплаз­мы.Строение клеток животных и расте­ний в основных чертах сходно. В теле клетки — протоплазме — различают цитоплазму и кариоплаз­му. Цитоплазма и кариоплазма (яд­ро) — обязательные составные части клетки. При удалении ядра клетка длительно существовать не может; точно так же ядро, выделенное из клет­ки, погибает.

Цитоплазма составляет основную массу клетки. При рассматривании живой клетки в световом микроскопе цитоплазма представляется гомогенной, бесцветной, прозрачной вязкой жидко­стью. Однако электронный микроскоп позволил увидеть тонкую структуру цитоплазмы (рис. 2.2). В цитоплазме различают гиалоплазу — цитоплазматический матрикс, органоиды и вклю­чения.

Цатоплазматаческий мат­рикс. Основное вещество клетки состав­ляет цитоплазматический матрикс, или гиалоплазма. С ним связаны коллоид­ные свойства цитоплазмы, ее вязкость, эластичность, сократимость, внутреннее движение. По химическому составу ци­топлазматический матрикс построен преимущественно из белков; в состав его входят ферменты. Под электронным микроскопом цитоплазматическиймат-рикс представляется однородным тон­козернистым веществом. Иногда обна­руживаются тонкие нити (толщиной менее 10 нм) или пучки их. Даже в од­ной клетке разные участки цитоплазматического матрикса могут иметь неоди­наковую макромолекулярную струк­туру.

Функционально цитоплазматический матрикс является внутренней средой клетки, местом осуществления внутриклеточного обмена. В нем осу­ществляется гликолиз, с которым свя­зан поток энергии. В цитоплазматическом матриксе расположены структуры клетки — органоиды, ядра и вклю­чения

Органоиды— это постоянные диф­ференцированные участки цитоплазмы, имеющие определенные функции и строение. Различают органоиды общего значения и специальные. Специальные органоиды характерны для клеток, вы­полняющих определенные функции: миофибрилы, с которыми связано со­кращение мышечных клеток, реснички эпителия в трахеях и бронхах, микро­ворсинки всасывающей поверхности эпителия клеток тонких кишок и т.д. К органоидам общего значения отно­сятся: эндоплазматическнй ретикулум, рибосомы, лизосомы, митохондрии, пластинчатый комплекс, клеточный центр (центросома), микротрубочки, пластиды.

Эндоплазматическая сеть, или вакуолярная си­стема, обнаружена в клетках всех растений и животных, подвергнутых исследованию под электронным микро­скопом. Она представляет собой систе­му мембран, формирующих сеть ка­нальцев и цистерн. Эндоплазматическая сеть имеет большое значение в про­цессах внутриклеточного обмена, так как увеличивает площадь «внутренних поверхностей» клетки, делит ее на отсеки, отличающиеся физическим со­стоянием и химическим составом, обес­печивает изоляцию ферментных си­стем, что, в свою очередь, необходимо для их последовательного вступления в согласованные реакции. Непосредст­венным продолжением эндоплазматической сети являются ядерная мембрана, отграничивающая ядро от цитоплазмы, и наружная мембрана (плазмалемма), расположенная на периферии клетки.

В совокупности внутриклеточные ка­нальцы и цистерны образуют целост­ную систему, называемую некоторыми исследователями вакуолярной. Наи­более развита вакуолярная система в клетках с интенсивным обменом ве­ществ.

Предполагают ее участие в ак­тивном перемещении внутри клетки жидкостей, как тех, которые синтези­руются в клетке, так и поступающих извне.

Часть мембран несет на себе рибосо­мы, на другой части рибосом нет. В свя­зи с этим различают два типа эндоплазматической сети — гранулярную и гладкую. С гранулярной эндоплазматической сетью связан синтез белков. В одних специальных лишенных гранул вакуолярных образованиях происхо­дит синтез жиров, в других — глико­гена. Ряд частей эндоплазматической сети связан с пластинчатым комплексом Гольджи и, по-видимому, имеет отношение к выполняемым им функциям.

Образования вакуолярной системы очень лабильны и могут меняться в зависимости от физиологического со­стояния клетки, характера обмена и при дифференцировке.

Рибосомы— небольшие сфери­ческие тельца, имеющие размеры от 15 до 35 нм. Они расположены в цитоплазматическом матриксе, а также связаны с мембранами эндоплазматической сети.

Наибольшее количество рибосом об­наружено в клетках, интенсивно син­тезирующих белок. Рибосомы любых органов — от бактерий до млекопитаю­щих — характеризуются сходством структуры и состава. В состав их входят белок и так называемая рРНК. Каждая из рибосом состоит из двух неравных частей — субъеди­ниц. В каждой из субъединиц находит­ся по молекуле РНК в виде свернутого в спираль тяжа, между витками кото­рого находится белок. Кроме того, рибосомы содержат магний.

 

Молекулы информационной РНК (иРНК), синтезированные в ядре, поступают к рибосомам. Из цитоплаз­мы молекулами транспортных РНК (тРНК) к меньшей субъединице рибо­сом доставляются аминокислоты. Из них с участием ферментов полимераз и АТФ здесь синтезируются белки. Обра­зующаяся белковая цепочка выстраи­вается в большей субъединице.

Рибосомы обычно объединены в группы — полисомы (или полирибосо­мы) — от 5 до 70 рибосом. Считается, что рибосомы формируются ядрышками и затем из ядра поступают в цито­плазму.

Лизосом ы (гр. lisis— растворе­ние, soma — тело) —шаровидные об­разования, имеющие диаметр от 0,2 до 1 мкм. В лизосомах содержатся фер­менты, разрушающие большие молеку­лы сложных органических соединений, поступающих в клетку (белки, нуклеи­новые кислоты, полисахариды). Таким образом, проникающие в клетку веще­ства подготавливаются ферментами лизосом к синтезу белков и других ве­ществ.

В лизосомах подвергаются разруше­нию микроорганизмы и вирусы. Фер­менты лизосом переваривают также отмершие структуры клетки и целые погибшие в организме клетки, т. е. выполняют процессы аутофагии клетки (гр. autos— сам, fagos— пожирание).


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 117; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ