Биология (раздел 1) Биология это наука о жизни
 Скачать 4.44 Mb.
|
|
БИОЛОГИЯ (РАЗДЕЛ 1) Биология - это наука о жизни, изучающая живые организмы, их строение, функции, индивидуальное развитие, взаимоотношения между ними и окружающей средой, эволюцию Биология относится к ведущим отраслям естествознания. Высокий уровень развития биологии служит необходимым условием прогресса медицинской науки и здравоохранения. 3 Клетка – это элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию, основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений Краткая история создания и развития клеточной теории 4 1665 год - английский физик, секретарь Лондонского королевского общества Роберт Гук (1635 - 1703) в работе «Микрография» описывает строение пробки, на тонких срезах которой он нашел правильно расположенные пустоты, которые назвал «порами, или клетками» 5 1673 год - голландский натуралист, основоположник научной микроскопии Антон ван Левенгук (1632 - 1723) первым открыл мир одноклеточных организмов - описал бактерий (1683) и протистов (инфузорий) 6 В лаборатории Иоганнеса Мюллера в Берлине были выполнены классические исследования Теодора Шванна (1810 - 1882), заложившие основание клеточной теории; в 1838 году публикуются 3 предварительных сообщения, а в 1839 году появляется классическое сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» 7 Исследования Матиаса Шлейдена (1804 - 1881), у которого в 1838 году вышла работа «Материалы по фитогенезу», натолкнули Шванна на значение ядра в клетке, поэтому Шлейдена часто называют соавтором клеточной теории 8 В 1858 году идею о всеобщем распространении клеточного деления как способа образования новых клеток закрепляет Рудольф Вирхов (1821 - 1902), которую он выразил в виде афоризма: «Omnis cellula ex cellula» - «Всякая клетка - из другой клетки» • Клетка – элементарная единица живого • Гомологичность клеток: клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов гомологичны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ • Клетка от клетки: размножение клеток происходит путем их деления • Интеграция и дифференциация - многоклеточный организм представляет собой сложный ансамбль из множества клеток интегрированных в системе тканей, однако клетки дифференцированы по выполняемой ими функции; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой с помощью нервных и гуморальных систем регуляции 9 Типы клеток • Прокариотические - не имеют отграниченного мембранами ядра (бактерии) • Эукариотические - имеют ядро, окруженное двойной мембраной с ядерными порами (клетки растений, животных, грибов) 10 Плазматическая мембрана 11 • Гликокаликс – внешний по отношению к липопротеидной мембране слой, совокупность разветвленных гликопротеидных и гликолипидных цепочек на поверхности мембраны. Имеет вид рыхлого волокнистого слоя толщиной 3-4 нм (в некоторых случаях до 100 нм), покрывающего всю поверхность клетки. • играет важную роль в рецепторно-сигнальной функции • обеспечивает адгезию клеток на внеклеточный матрикс • обеспечивает сорбцию ферментов, пристеночное пищеварение, всасывание (микроворсинки кишечных всасывающих клеток) • выполняет роль ионных «ловушек», создает локальное повышение концентрации ионов для их всасывания (осморегулирующие и выделительные эпителии) • существенно влияет на состояние околоклеточной среды (гликофорин создает отрицательный заряд на поверхности эритроцитов, препятствуя их агглютинации) • Гипертрофия гликокаликса приводит к образованию клеточных оболочек (стенок) у бактерий, грибов, растений или кутикул у ряда животных. Субмембранный комплекс образован элементами периферического примембранного цитоскелета (кортикального цитоскелета) и белками, обеспечивающими его связь с мембраной. Такая организация плазмалеммы определяется как твердо-каркасная жидкостно-мозаичная. Функционирование кортикального цитоскелета во многом определяет подвижность клеточной поверхности и движение целых клеток (формирование псевдоподий, движение микроворсинок в клетках кишечного эпителия, образования перетяжки при клеточном делении и др.) МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ Различают адгезию и специальные контакты Адгезия – прилипание клеточной поверхности к субстрату или другим клеткам с помощью клейкого гликокаликса Контакты • Запирающие(плотное соединение) - плотное слияние мембран соседних клеток с помощью специальных интегральных белков. • Заякоривающие (сцепляющие соединения) - соединяют клетки не только с помощью компонентов мембраны, но также с участием цитоскелета. Фокальные контакты, десмосомы и полудесмосомы. • Щелевые контакты – прямая передача химических веществ из клетки в клетку. Мембраны контактирующих клеток сближаются на расстояние 2-3 нм, образуя узкую щель, а сам контакт осуществляется за счет белковых комплексов – коннексонов, состоящих из белка коннектина. • Плазмодесмы - канальцы, в которых сливаются плазмалеммы и сама цитоплазма соседних клеток • Синапс характерен для нервной ткани. Соединяют нейроны между собой (или с каким-либо другим иннервируемым элементом, например, мышцей) для передачи нервного импульса высокой эффективности. Ядро 16 Митохондрии 17 Хлоропласты 18 Эндоплазматический ретикулум 19 Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум) была открыта К. Р. Портером в 1945 г. Эта структура представляет собой систему взаимосвязанных вакуолей, плоских мембранных мешков или трубчатых образований • Основная функция гранулярной ЭПС - это синтез на рибосомах экспортируемых белков, изоляция от содержимого гиалоплазмы внутри мембранных полостей и транспорт этих белков в другие участки клетки • Гладкая ЭПС участвует в синтезе жиров, метаболизме гликогена, полисахаридов, стероидных гормонов и некоторых лекарственных веществ (в частности, барбитуратов). В глад. ЭПС проходят заключительные этапы синтеза всех липидов клеточных мембран. Гладкая ЭПС хорошо развита в мышечных тканях, особенно поперечнополосатых. В скелетных и сердечных мышцах она формирует крупную специализированную структуру — саркоплазматический ретикулум, или L-систему. 20 Аппарат Гольджи 21 Комплекс Гольджи Аппарат Гольджи ( открыт в 1898 году К.Гольджи ) представляет собой стопку мембранных мешочков (цистерн) и связанную с ней систему пузырьков. Во время деления клетки комплекс Гольджи распадается до отдельных цистерн (диктиосом). Основная функция комплекса Гольджи — транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов. Комплекс Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом. 22 Лизосомы 23 Отличия прокариотических и эукариотических клеток Признак Прокариоты Эукариоты Размер 0,5- 3 мкм 10-100 мкм Метаболизм Анаэробный или аэробный Аэробный Органеллы Немногочисленны или отсутствуют Ядро, митохондрии, хлоропласты, эндоплазматическая сеть и др. ДНК Кольцевая, в цитоплазме, лишена гистонов Длинная, организована в хромосомы и окружена ядерной мембраной РНК РНК и белки синтезируются в одном компартменте Синтез РНК – в ядре, синтез белков – в цитоплазме 24 Отличия прокариотических и эукариотических клеток Признак Прокариоты Эукариоты Цитоплазма Нет цитоскелета, нет движения цитоплазмы, эндо- и экзоцитоза Цитоскелет из белковых волокон, есть движение цитоплазмы, эндо- и экзоцитоз Деление Бинарное деление перетяжкой Митоз или мейоз Клеточная организация Преимущественно одноклеточные Преимущественно многоклеточные с клеточной дифференцировкой 25 •Эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека) •Гомология всех клеток, таким образом, сводится к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов, рибосом и наследственного материала в виде молекул ДНК 26 Основные отличия растительных и животных клеток Признак Растительная клетка Животная клетка Размер 10- 100 мкм 10- 30 мкм Целлюлозная клеточная стенка Расположена снаружи от клеточной мембраны Отсутствует Пластиды Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты Отсутствуют Клеточный центр У низших растений Во всех клетках Центриоли Отсутствуют Есть Вакуоли Крупные, заполненные клеточным соком – водным раствором веществ - запасных или конечных продуктов; осмотические резервуары клетки Обычно мелкие; сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли 27 Признак Растительная клетка Животная клетка Способ питания Автотрофный (фототрофный, хемотрофный) Гетеротрофный Синтез АТФ В хлоропластах, митохондриях В митохондриях Способность к фотосинтезу Есть Нет Главный резервный питательный углевод Крахмал Гликоген 28 Доклеточные формы жизни 29 Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни Неклеточными формами жизни можно считать вирусы Вирусы - строение • Вирусная частица вне клетки называется вирионом • Величина варьирует от 20 до 300 нм • Состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), белкового чехла – капсида, содержащего структурные белки и ферменты 30 Вирусы - строение • Форма капсида у различных вирионов различна • Встречается спиральный тип симметрии, икосаэдрический тип - форма многогранника, смешанный тип (фаги), а также неправильная форма 31 Репликация вирусов • Адгезия вируса на клетке мишени • Проникновение нуклеиновой кислоты вируса в клетку • Транскрипция ДНК с образованием мРНК (или обратная транскрипция РНК вируса в ДНК и последующий синтез мРНК) • Синтез вирусных белков • Дупликация ДНК (или РНК) вируса • Сборка вируса • Выход из клетки 32 • Признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т.п.) вирусы проявляют только внутри клеток • Вне клеток вирус по сути является сложным химическим веществом 33 Поток информации • ДНК → транскрипция → РНК → трансляция → полипептидная цепь → конформационные преобразования → вторичная, третичная и четвертичные структуры белка → функциональная активность • Наличие регуляторных петель обратной связи (как правило, отрицательных) 34 Поток энергии и вещества •Углеводы, жирные кислоты, аминокислоты → дыхательный обмен в митохондриях → АТФ → все виды работы в клетке (химическая, осмотическая, электрическая, механическая) → АДФ → дыхательный обмен → и т.д. •На любую работу тратится энергия АТФ, при этом используется АДФ и Ф, которые активируют ферменты, катализирующие расщепление глюкозы, жирных кислот и аминокислот. •Энергия расщепления идет на синтез АТФ. •В аэробной эукариотической клетке синтез АТФ происходит на анаэробном и аэробном этапах дыхания. •Для восстановления потраченных веществ, клетка должна получать их извне (автотрофный и гетеротрофный типы питания). •Образование АТФ в митохондриях неразрывно связано с потоком веществ в клетке, объединяющих пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот •Объединение происходит в пределах так называемого цикла Кребса, который можно назвать путем «углеродных скелетов» всех метаболитов в клетке 35 • Таким образом, информационные сообщения генов определяют всё: как структурную организацию, химическую энергию макромолекул, так и все их функциональные возможности • В любой отдельно взятой биологически активной молекуле – вещество неотделимо от структурной информации и химической энергии, а молекулярная информация и энергия как раз и являются теми составляющими, которые обуславливают структурную организацию вещества • Принцип «от генетической информации, через молекулярную структуру и информационные взаимодействия, к биологическим функциям и управлению” - указывает порядок и взаимообусловленность биологических событий в живой системе на молекулярном уровне 36 Триединство информации, энергии и вещества Аппарат пластического метаболизма представлен отдельными белками-ферментами или целыми надмолекулярными комплексами и органоидами (лизосомы, рибосомы, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи) анаболизм - совокупность реакций синтеза собственных сложных веществ из более простых (белков из аминокислот, полисахаридов из моносахаридов, моносахаридов из неорганических веществ и т.д.); катаболизм - совокупность реакций распада (разложения) сложных веществ для получения простых веществ – либо с целью дальнейшего использования простых веществ в качестве строительного материала для реакций анаболизма, либо для их дальнейшего расщепления в реакциях энергетического метаболизма. Аппарат энергетического метаболизма обеспечивает клетку энергией для осуществления всех жизненных процессов – пластического метаболизма, транспорта веществ, движения и т.д. Между клеткой и многоклеточным организмом Клетки, сходные по функциям, объединяются в ткани. Ткань – система, состоящая из клеток и межклеточного вещества, объединенных для выполнения определенной функции. У животных выделяют 4 типа тканей: • Эпителиальные ткани – выполняют функцию барьера между внутренней средой организма и внешней средой. • Ткани внутренней среды (ТВС) – выполняют опорную, защитную и трофическую (питательную) функции. • Мышечные ткани – обеспечивают функцию движения. • Нервная ткань – выполняет контролирующую функцию, т.е. обеспечивает управление всеми процессами в многоклеточном организме. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! |