Занятие №1.Химический состав клетки. Роль и типы движений у растений и животных. Строение клетки.
Химический состав клетки.
Зола, получающаяся в результате простого сжигания и прокаливания органического вещества, называется нечистой, или «сырой» золой. В сырой золе элементы находятся не в таком виде, как в исходном продукте. В процессе сжигания большая часть органических веществ окисляется до углекислоты, и соли различных органических кислот переходят при этом в карбонаты. Кроме того, в сырой золе всегда в каком-то количестве остаются частички несгоревшего углерода и как посторонняя примесь — кремнезем.
Сырая зола, за вычетом углекислоты, угля и песка, называется чистой золой. Очень часто для ускорения процесса сжигания, для придания золе более определенного и постоянного состава, а также во избежание возможного улетучивания некоторой минеральной части продукт озоляют с применением разных добавок, главным образом окислителей. Получающаяся в этом случае зола отличается по своему составу от сырой и называется условной золой. Под термином просто «зола», или «зольность», всегда следует подразумевать сырую золу.
Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше.
На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов.
Условно все элементы клетки можно разделить на три группы.
К макроэлементам относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.
К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк
Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.
Сравнение клеток различных организмов
Прокариоты (от лат. pro — перед, до и греч. κάρῠον — ядро, орех) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды. Основное содержимое клетки, заполняющее весь её объём, — вязкая зернистая цитоплазма.
Эукариоты (эвкариоты) (от греч. ευ — хорошо, полностью и κάρῠον — ядро, орех) — организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства (кроме динофлагеллят) комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты — митохондрии, а у водорослей и растений — также и пластиды.
Движение— одно из проявлений жизнедеятельности, обеспечивающее организму возможность активного взаимодействия со средой, в частности, перемещение с места на место, захват пищи и т.п.
Движение — результат взаимодействия внешних по отношению к организму сил (вниз — сила тяжести, назад — сопротивление среды) и собственных сил (обычно вперёд или вверх — напряжение мышц, сокращение миофибрилл, движение протоплазмы).
Формы клеточной подвижности
Псевдоподии (ложноножки) обеспечивают амёбоидное движение (медленное перетекание цитоплазмы, связанное с изменением формы клетки)
Реснички и жгутики обеспечивают ресничное и жгутиковое движение
Миоциты (клетки мышечной ткани) обеспечивают мышечное сокращение
Кроме этих основных форм, существуют и другие, слабее изученные (скользящее движение грегарин, миксобактерий и нитчатых цианобактерий, сокращение спазмонем сувоек и др.).
Двигательный аппарат и органы локомоции многоклеточных животных
Специальные придатки тела, с помощью которых животные цепляются за неровности субстрата (щетинки, чешуйки, щитки) или прикрепляются к нему (присоски).
конечности, представляющие систему рычагов, приводимую в движение сокращениями мышц (наиболее распространённая конструкция).
Органы могут использоваться организмами, имеющие свободу движения. При отсутствии таковой (у прикреплённых водных животные — губки, кораллы и др., ведущих неподвижный образ жизни), используют реснички и жгутики для того, чтобы приводить в движение окружающую их среду, доставляющую им пищу и кислород.
Целенаправленные движения возможны лишь при согласованной работе значительного числа мышц или ресничек, координация которых, как правило, осуществляется нервной системой.
Классификация видов движения
По путям перемещения (движения)
По субстрату, то есть по твёрдой или жидкой опоре (ходьба, бег, прыжки, ползание, скольжение)
Свободное в воде — плавание
Свободного в воздухе — летание, планирование, парение
В субстрате (бурение)
По активности
Пассивное
В воде и воздухе движения может быть и пассивным:
перемещения на большие расстояния некоторые пауки выпускают паутинки и уносятся воздушными течениями.
парение, наблюдаемое у птиц, использующих воздушные течения
Некоторые водные животные имеют приспособления, обеспечивающие поддержание их тела во взвешенном состоянии (вакуоли в наружном слое протоплазмы радиолярий, воздушные пузыри в колониях сифонофор и т. п.).
Активное
В воде осуществляется:
с помощью специализированных гребных устройств (от волосков и жгутиков до видоизменённых конечностей водяных черепах, птиц, ластоногих)
изгибаниями всего тела (большинство рыб, хвостатых земноводных и др.)
реактивным способом— выталкиванием воды из полостей тела (медузы, головоногие моллюски и др.).
В воздухе— летание— свойственно большинству насекомых, птиц и некоторым млекопитающим (летучие мыши). Передвижение по воздуху т. н. летучих рыб, лягушек, млекопитающих (белки-летяги и др.)— не летание, а удлинённый планирующий прыжок, осуществляемый при помощи таких поддерживающих приспособлений, как удлинённые грудные плавники, межпальцевые перепонки ног, складки кожи и др.
Движения человека
Являются наиболее важным способом его взаимодействия с окружающей средой и активного воздействия на неё.
Отличаются большим разнообразием:
Движения, связанные с вегетативными функциями
локомоции
трудовые
бытовые
спортивные
связанные с речью и письмом.
«…все внешние проявления мозговой деятельности действительно могут быть сведены на мышечное движение» И.М.Сеченов
Объекты исследования:
Хламидомонада. Многочисленные виды этой одноклеточной водоросли обитают в лужах на глинистых почвах, канавах, мелких водоемах. При их массовом развитии вода часто принимает зеленую окраску («цветет»). Хламидомонады — одноклеточные подвижные водоросли, которые обладают положительным фототаксисом, т. е. движутся по направлению к свету, и поэтому скапливаются на стороне сосуда, обращенной к свету. В материале, взятом непосредственно из природы, помимо хламидомонад всегда содержатся и другие водоросли. Интенсивно размножаясь, они начинают вытеснять первоначально преобладавшие хламидомонады, и сохранять последние в такой смешанной культуре продолжительное время обычно не удается.
Эвглена зеленая — обитатель толщи воды пресных стоячих водоемов. Ее тело обтекаемой формы, что способствует быстрому плаванию с помощью расположенного на переднем конце единственного жгутика, ввинчивающегося в воду. Питание эвглены имеет свои особенности. В ее цитоплазме имеется около 20 хлоропластов, содержащих хлорофилл. С помощью светочувствительного красного глазка (стигмы) эвглена находит освещенные участки толщи воды, где условия для фотосинтеза более благоприятны. При длительном содержании эвглены в темноте хлорофилл у нее разрушается и она переходит к питанию готовыми органическими веществами путем заглатывания пищевых частиц. Таким образом, у эвглены смешанный (авто- и гетеротрофный) тип питания, который дает ей возможность выживать в разных условиях. Сократительная вакуоль у эвглены располагается в передней части тела. Размножение у эвглены бесполое — путем деления клетки надвое в продольном направлении. При благоприятных условиях она размножается каждые сутки. Неблагоприятные условия она переносит в инцистированном состоянии.
Дрожжи— внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Дрожжи являются хемоорганогетеротрофами и используют органические соединения как для получения энергии, так и в качестве источника углерода. Им необходим кислород для дыхания, однако при его отсутствии многие виды способны получать энергию за счёт брожения с выделением спиртов (факультативные анаэробы). В отличие от бактерий, среди дрожжей нет облигатных анаэробов, гибнущих при наличии кислорода в среде. При пропускании воздуха через сбраживаемый субстрат дрожжи прекращают брожение и начинают дышать (поскольку этот процесс эффективнее), потребляя кислород и выделяя углекислый газ. Это ускоряет рост дрожжевых клеток (эффект Пастера). Однако даже при доступе кислорода в случае высокого содержания глюкозы в среде дрожжи начинают её сбраживать (эффект Кребтри).
Кожица чешуи луковицы лука репчатого. Под микроскопом видны клетки различной величины. Их стенки плотно сомкнуты, что отражается на форме клеток: они многоугольны и повторяют очертания соседних клеток. В некоторых местах заметны поры — узкие канальцы, пересекающие оболочки двух соседних клеток так, что они остаются разделенными только мембраной. В центре либо у стенки (оттесненное вакуолью) находится ядро с ядрышком, расположенное в мелкозернистой цитоплазме. Тяжи цитоплазмы занимают пристеночное положение, а также пересекают вакуоль в различных направлениях. В цитоплазме встречаются капли эфирных масел, мелкие гранулы митохондрий (особенно хорошо видны в окрашенных клетках) и мелкие пузырьки разнообразных клеточных компонентов. Вакуоль хорошо видна, если использовать сорта лука с антоциановой окраской. В этом случае, добавляя с одной стороны покровного стекла каплю разбавленной соляной
или уксусной кислоты и оттягивая ее с другой стороны кусочком фильтровальной бумаги, можно добиться изменения красно-фиолетовой или лиловой окраски клеточного сока на розовую. Окраска опять станет антоциановой, если добавить разбавленную щелочь. При проведении опыта с частично плазмолизированными клетками окраска более интенсивна, так как клеточный сок более концентрированный. Среди клеток эпидермиса можно наблюдать устьичные клетки, типичные фасолевидные замыкающие клетки. устьиц, внутри которых видны хлоропласты. Таким образом, для растительных клеток в целом характерно наличие: несколько утолщенных клеточных стенок, что обусловливает геометрически правильную форму клеток; пластид, в частности хлоропластов, вакуолей с клеточным соком; всех органелл и включений, общих для растительной и животной клеток.