Клеточная теория Шванна – Вирхова.

В 1839 г. Теодор Шванн, исходя из генетического принципа, обосновал клеточную теорию всех организмов. Постулаты его теории:

• все ткани состоят из клеток;

• общий принцип развития этих структур;

• самостоятельная жизнедеятельность каждой отдельной клетки.

Вальдейер (1909 г.) считал, что «заслуга Шванна заключается не в том, что он открыл клетки как таковые, а в том, что он научил исследователей понимать их значение».

В клеточной теории Шванна впервые была дана обоснованная обобщающая и ведущая идея трактовки строения организма. Она стала общепризнанной и вызвала большой интерес к детальному изучению строения организмов. Карл Рейхерт писал, что «…интерес к ней стал всеобщим и разносторонним после того, как открытие клетки дало основание к планомерному развитию микроскопической анатомии…».

Однако эндогенная теория возникновения клеток сыграла отрицательную роль в развитии эмбриологии. Ряд исследователей стали допускать возникновение целых органов прямо из бесструктурной массы. Большая заслуга в выяснении клеточной природы ряда тканей и в доказательстве процесса деления как единственного пути размножения клетки принадлежит Роберту Ремаку.

Окончательный удар теории цитогенеза был нанесен Рудольфом Вирховым. В 1859г. Р. Вирхов, основываясь на исследованиях Ремака, пересмотрел и развил клеточную теорию, заменив представление о цитогенезе законом: «всякая клетка от клетки». 

В последней трети XIX в. был сделан ряд крупнейших открытий, обогативших цитологическую науку. В 1871 г. И.Д. Чистяков обнаружил хромосомы, описал способы деления ядра. А дату появления его классического труда о растительной клетке – 1874 г. – следует считать началом развития цитологии в России. 1875 г. – Страсбургер подробно описал деление ядра. 1898 г. – В.И. Беляев описал редукционное деление. 1898 г. – С.Г. Навашин открыл явление двойного оплодотворения у покрытосеменных и т. д.

 

Основные постулаты современной клеточной теории.

Основные положения клеточной теории Шванна – Вирхова сохранили свое значение и на сегодняшний день.

Основные постулаты современной клеточной теории следующие:

1.Клетка – элементарная единица живого: вне клетки нет жизни.

Живому свойствен ряд совокупных признаков: способность к воспроизведению (репродукции), использование и трансформация энергии, метаболизм, чувствительность, изменчивость. Такую совокупность признаков можно обнаружить на клеточном уровне.

Из клетки можно выделить отдельные ее компоненты, даже молекулы, многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Вне клетки работают многие ферменты, выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок и т.д. Все эти клеточные компоненты, структуры обладают лишь частью набора свойств живого. Только клетка как таковая является наименьшей единицей, обладающей всеми взятыми свойствами, отвечающими определению «живое».

Клетки имеют различную морфологию, величину. Встречаются два типа организации клеток: прокариотические (доядерные) и эукариотические (собственно ядерные) (рис.1.6, 1.7).

 

Рис. 1.6. Комбинированная схема прокариотической клетки:

 

1 – клеточная стенка;

2 – плазматическая мембрана;

3 – ДНК нуклеоида;

4 – полирибосомы цитоплазмы;

5 – мезосома;

6 – ламеллярные структуры;

7 – впячивания плазмалеммы;

8 – скопления хроматофоров;

9 – вакуоли с включениями;

    10 – бактериальные жгутики;

    11 – пластинчатые тилакоиды

 

Несмотря на морфологические отличия про- и эукариотические клетки имеют много общего, что позволяет отнести их к одной, клеточной, системе организации живого (одеты плазматической мембраной, обладающей сходной функцией переноса веществ из клетки и внутрь ее; синтез белка происходит на рибосомах; сходны процессы синтеза РНК, репликация ДНК; похожи биоэнергетические процессы).

Рис. 1.7. Комбинированная схема строения эукариотической клетки:

а – клетка животного;

б – растительная клетка;

1 – ядро с хроматином и ядрышками;

2 – цитоплазматическая мембрана;

3 – клеточная стенка;

4 – поры в клеточной стенке, через которые сообщается цитоплазма соседних клеток;

5 – шероховатая эндоплазматическая сеть;

6 – гладкая эндоплазматическая сеть;

7 – пиноцитозная вакуоль;

8 – аппарат Гольджи;

9 – лизосомы;

10 – жировые включения;

11 – клеточный центр;

12 – митохондрия;

13 – рибосомы и полирибосомы;

14 – вакуоль;

15 – хлоропласт

 

Ю. С. Ченцов считает, что клетка – это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом, т.е. клетка – это самоподдерживающаяся и самовоспроизводящаяся система биополимеров.

2.Клетка – единая система, включающая множество закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц – органелл или органоидов.

Клетка содержит множество типов внутриклеточных структур, выполняющих разнообразные функции, каждый из которых специализирован на выполнении определенных функций. Каждая из функций обязательна, без выполнения ее клетка не может существовать. Клетку можно «разложить» на ряд компонентов, выполняющих свои функции, но каждая из них представляет собой новую систему или подсистему. Например: ядро – система хранения, воспроизведения и реализации генетической информации и т. д.

3. Клетки гомологичны по строению и по основным свойствам.

Разные клетки растений и животных сходны. Гомологичность строения клеток наблюдается внутри каждого из типов клеток (рис. 1.6, 1.7). Гомологичность в строении клеток определяется сходством общеклеточных функций, направленных на поддержание жизни самих клеток и на их размножение. Разнообразие же в строении клеток многоклеточных организмов – это результат функциональной специализации.

Например, в нервной клетке кроме общеклеточных компонентов имеются специфические: наличие длинных и разветвленных клеточных отростков, оканчивающихся специальными структурами, передающими нервные импульсы; в цитоплазме – тигроид; в клеточных отростках – большое количество микротрубочек. Все эти особенности нервной клетки связаны с ее специализацией – передачей нервного импульса.

4. Клетка увеличивается в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала (ДНК): клетка от клетки.

Размножение прокариотических и эукариотических клеток происходит путем деления исходной клетки, которому предшествует воспроизведение ее генетического материала.

У эукариотических клеток единственно полноценный способ деления – митоз или мейоз при образовании половых клеток. При этом образуется клеточное веретено, с помощью которого равномерно по двум дочерним клеткам распределяются хромосомы. У прокариотических клеток также имеется специальный аппарат разделения клеток.

5. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).

Клетка в многоклеточном организме – это единица функционирования и развития. Первоосновой всех реакций целостного организма является клетка. Рост организма, увеличение его биомассы есть результат размножения клеток и выработки ими разнообразных продуктов. Поражение клеток, изменение их свойств – это основа для развития заболеваний.

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию – к дифференцировке.

Индивидуальное развитие от одной клетки до многоклеточного организма – это результат последовательного, избирательного включения работы разных генных участков хромосомы в различных клетках. Это приводит к появлению клеток со специфическими для них структурами и особыми функциями, т.е. к процессу дифференцировки. Дифференцировка – это результат избирательной активности разных генов в клетке по мере развития многоклеточного организма. Следовательно, любая клетка тотипотентна. Тотипотентность ядер клеток организма представлена на рис. 1.8.

 

 

Рис. 1.8. Тотипотентность ядер клеток организма: а – ядро, выделенное из клетки кишечника головастика Xenopus laevis; б – яйцеклетка, лишенная ядра путем облучения; 1 – выделение ядра из соматической клетки; 2 – облучение ооцита; 3 – пересадка ядра; 4 – дробящаяся яйцеклетка; 5 – личинка

 

Однако в разных клетках одни и те же гены могут находиться или в активном, или в репрессированном состоянии.