Клетка - элементарная структурно-функциональная и генетическая единица жизни

Клетка представляет собой наименьшую обособленную живую систему, которой присущи все свойства жизни и которая может в оп­ределённых условиях среды их сохранять и передавать в ряду поколений. Клетка несёт полную характеристику жизни. Вне клетки на планете Земля не существует полноценной жизнедеятельности. Поэтому в природе Земли клетке принадлежит роль элементарной структурной, функциональной и генетической единицы жизни.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка, тем не менее, отличается сложным строением. При этом определён­ные общие черты обнаруживаются во всех без исключения клетках, харак­теризуя наиболее важные стороны клеточной организации и жизнедеятель­ности.

Основные этапы развития и современное состояние клеточной теории

Клеточная теория - обобщённое представление о строении кле­ток как единиц живого, об их воспроизведении и роли в формировании многоклеточных организмов. Появлению и формированию отдельных по­ложений клеточной теории предшествовал длительный (более 300 лет) пе­риод накопления знаний о строении различных одноклеточных и многокле­точных организмов, растений и животных. Этот период связан с конструи­рованием, применением и усовершенствованием различных светооптиче­ских приборов, в т.ч. микроскопов.

Впервые растительные клетки, а точнее, оболочки мёртвых клеток в срезах пробки (рис. 1) описаны английским ес­тествоиспытателем Робертом Гуком. Резуль­таты описания были представлены им на засе­дании Королевского общества естествоиспыта­телей в Лондоне в 1655 году. Р. Гук показал, что всё вещество пробки состоит из большого числа маленьких отделений или полостей, наполнен­ных воздухом и разграниченных тонкими пере­городками. Эти полости, или ячейки, он назвал «клетками». Термин «клетка» утвердился и со­хранился в биологии до настоящего времени, несмотря на то, что Роберт Гук наблюдал, соб­ственно, не клетки, а лишь сохранившиеся от них целлюлозные оболочки и что клетки оказа­лись далеко не полостями.

Основу современной клеточной теории строения организмов положили Шлейден и Шванн

Основные положения клеточной теории Шлейдена-Шванна заклю­чаются в следующем:

1. Все без исключения растительные и животные организмы состоят из клеток.

2. Клетки растений и животных гомоло­гичны (однородны) по происхождению и анало­гичны (сходны) по функции.

3.Клеточное строение, однородность по происхождению и сходство по функции клеток характеризуют рост и развитие организмов.

Существенным недостатком клеточной теории Шлейдена-Шванна является ошибочное признание возможностей возникновения клеток из бесструктурного неклеточного вещества.

Результаты исследований клеточной организации живого на протяже­нии первой половины XX века отразила сформировавшаяся в этот период современная клеточная теория, включающая два принципиально новых положения: 1) новые клетки образуются только путем деления клеток- предшественниц; 2) живой организм представляет собой сложно орга­низованную интегрированную систему взаимодействующих клеток, свойства которой не являются механической суммой свойств состав­ляющих ее клеток.

В природе существует огромное разнообразие клеток, различающихся размерами, формой, свойствами и процессами жизнедеятельности, которое, однако, можно подвести под два главных типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический.

Прокариоты

К царству прокариот относятся организмы, которых обычно называют бактериями. Это —

наидревнейшая группа, появившаяся примерно 3,5 млрд, лет назад; к тому же это и мельчайшие организмы, обладающие клеточной структурой. Как правило, прокариоты представлены одиночными клетками, хотя сине-зеленые водоросли (цианобактерии, Cyanobacteria) могут образовывать цепочки клеток, называемые нитями.

Бактерии различаются по своим размерам: их длина колеблется от 0,1 до 10 мкм, а диаметр в среднем составляет — 1 мкм. Их можно обнаружить повсюду: в почве, и в пыли, в воде и в воздухе, внутри и на поверхности животных и растений. Некоторые бактерии поселяются в горячих источниках с температурой 78 °С или выше. Другие способны выжить при очень низких температурах и даже пережить определенные периоды замораживания во льду. Встречаются бактерии и в глубоких расселинах на дне океана при очень высоком давлении и температуре 360 °С. С них начинаются уникальные пищевые цепи в этих областях океана.

Вместе с грибами бактерии имеют жизненно важное значение для всех других организмов, поскольку, разрушая в результате своей жизнедеятельности органические вещества, они обеспечивают циркуляцию биогенных элементов в природе. Кроме того, они приобретают все более важное значение в жизни человека, и не только потому, что некоторые из них являются возбудителями различных болезней, но и потому, что в силу разнообразия протекающих в них биохимических реакций они могут использоваться во многих биотехнологических процессах.

Клеточная стенка бактерий — структура довольно прочная и позволяет клетке сохранять свою форму; это обусловлено наличием в ней муреина — молекулы, построенной из параллельных полисахаридных цепей, перекрестно связанных через регулярные интервалы короткими цепями аминокислот. Таким образом, каждая клетка окружена как бы сетчатым мешком, представляющим на деле одну огромную молекулу. Ионы воды и малые молекулы попадают в клетку через мельчайшие поры в клеточной стенке.

В 1884 г. датский биолог Кристиан Грам разработал метод окрашивания, с помощью которого было установлено, что бактерии подразделяются на две естественные группы. Одни бактерии, окрашивающиеся по Граму, получили название грамположительных, другие, не окрашивающиеся, — грамотрицательных.

У грамположительных бактерий в муреиновую сетку встроены другие компоненты, в основном полисахариды и белки, что делает клеточную стенку сравнительно толстой. У грамотрицательных бактерий, клеточная стенка тоньше и имеет более сложное строение. Муреиновый слой у этих бактерий снаружи покрыт гладким тонким мембраноподобным слоем липидов и полисахаридов, защищающим клетки от лизоцима — антибактериального фермента, содержащегося в слезах, слюне и других биологических жидкостях, а также в белке куриного яйца. Лизоцим расщепляет полисахаридный каркас муреина, что приводит к продырявливанию клеточной стенки и лизису клетки, т, е. к ее осмотическому набуханию и разрыву. Липидно-полисахаридный слой обусловливает также устойчивость грамотрицательных бактерий к пенициллину. Этот антибиотик блокирует образование перекрестных сшивок в муреине растущих грамположительных бактерий, что делает их клетки более чувствительными к осмотическому шоку.