Основные уровни организации жизни
 Скачать 3.77 Mb.
|
БИОЛОГИЯ КЛЕТКИКафедра биологии ФГБОУ ВО Тверской медицинский университет Минздрава России ОСНОВНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИбиосферный (биогеоценотический) популяционно-видовой организменный клеточный молекулярно- генетический Ген Клетка Организм Популяция Биогеоценоз Мутации Обмен веществ Онтогенез Изменение генофонда Круговорот веществ и энергии Формы жизни Неклеточные (вирусы) Клеточные Прокариоты (бактерии, с-з водоросли) Эукариоты (растения, животные, грибы) Т. Шванн, 1839 г. все живые организмы состоят из клеток клетка находится в постоянном развитии, изменении основные положения современной клеточной теории клетка – элементарная структурно-функциональная и генетическая единица растений и животных клетка лежит в основе непрерывности жизни, т.к. новые клетки появляются путём деления предшествующих материнских существует тесная зависимость между структурой и функцией клетки и её отдельных компонентов Клеточная теория СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИповерхностный аппарат цитоплазма с органеллами и включениями ядерный аппарат Прокариотыповерхностный аппарат (клеточная оболочка) цитоплазма с эндоплазматической сетью и рибосомами ядерное вещество (нуклеоид – одна кольцевая молекула ДНК) Ядерный аппарат прокариотхромосомная ДНК имеет кольцевую форму не связана с гистонами («голая») – нуклеоид, содержит в основном кодирующие последовательности нуклеотидов внехромосомная ДНК представлена плазмидами Эукариотыядро цитолемма цитоплазма органеллы включения Структура цитолеммыжидкостно-мозаичная модель плазмалеммы надмембранный комплекс плазмалемма подмембранный комплекс Функции цитолеммы (Ц)защитная: защита клетки от механических повреждений, проникновения чужеродных веществ барьерная: Ц отделяет содержимое клетки от внешней среды и других клеток, обеспечивая постоянство внутреннего состава транспортная: Ц обладает избирательной проницаемостью (проницаема не для всех веществ). Два вида транспорта веществ: пассивный и активный. Пассивный происходит без затраты энергии при помощи диффузии или осмоса в результате разности концентрации веществ внутри и снаружи клетки (вода, ионы и мелкие молекулы). Крупные молекулы органических веществ поступают в клетку путём активного транспорта с затратой энергии АТФ при помощи молекул белков-переносчиков мембраны, или путём фаго-/ пиноцитоза рецепторная выполняется рецепторными белками Ц, которые взаимодействуют с окружающей средой, распознают молекулы извне и клетка реагирует на изменения окружающей среды антигенная: в основе лежат реакции антиген-антитело, в результате клетки могут узнавать друг друга адгезивная: способность Ц обеспечивать межклеточные контакты для соединения клеток и формирования многоклеточного организма как единого целого Компоненты ядракариолемма хроматин ядрышки кариолимфа (ядерный матрикс) Функции ядра: хранение, передача и реализация наследственной информации Химический состав хроматина эукариотДНК - 40% РНК ≈1% белки - 60%: основные белки (гистоны) - 40%; кислые (негистоновые) белки - 20% нуклеопротеид Ядрышкиформируются в результате компактного расположения определенных участков хромосом – ядрышковых организаторов (ЯО) у человека ЯО находятся в 13-15, 21-22 хромосомах содержат тандемные повторы генов р-РНК функции: синтез рРНК и образование рибосом во время деления клетки ядрышки растворяются Цитоплазмагиалоплазма органеллы включения Классификация органеллмитохондрии комплекс Гольджи центросома пластиды вакуоли ЭПС рибосомы лизосомы пероскисомы микротрубочки Классификация органелл по строению ● немембранные (рибосомы, центриоли, микротрубочки...) ● мембранные - одномембранные (эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы...) - двухмембранные (митохондрии, пластиды) МитохондрииМитохондрии (М)Под световым микроскопом имеют форму палочек, зёрен, гранул, нитей. М свободно располагаются по всей цитоплазме; форма, величина и расположение М в цитоплазме постоянно меняются. Под электронным микроскопом представляют собой округлые или овальные тельца, отграниченные от цитоплазмы двумя биологическими мембранами – наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует многочисленные выросты – кристы, резко увеличивающие площадь её поверхности. На кристах располагаются ферменты, обеспечивающие окислительное фосфорилирование и синтез АТФ. Между кристами находится матрикс, который представляет собой близкое по составу к цитоплазме вещество, содержащее собственную ДНК, РНК, ферменты, белки, собственные рибосомы. Митохондриальная ДНК (мт-ДНК) обуславливает генетическую автономность М. Функции митохондрийокислительная синтез АТФ синтез собственных белков обеспечивает митохондриальная ДНК и рибосомы цитоплазматическая митохондриальная наследственность авторепродукция: новые митохондрии образуются в результате деления существующих Комплекс ГольджиПод световым микроскопом имеет вид сети, расположенной вокруг ядра. Электронно-микроскопическое строение: совокупность диктиосом, каждая из которых образована стопкой из 3-12 расположенных параллельно друг другу уплощенных дискообразных цистерн. От краев цистерн отшнуровываются во все стороны мембранные компоненты в виде трубочек (микроканальцев) и пузырьков (микропузырьков). Число диктиосом в клетке варьирует от одной до десятков и сотен в зависимости от типа клетки и фазы ее развития. Диктиосомацистерны канальцы микропузырьки Функцииконцентрационная: по каналам ЭПС транспортируются белки, углеводы, жиры и другие продукты синтеза клетки, они накапливаются, концентрируются, а затем отделяются в виде микропузырьков в цитоплазму, где используются на нужды клетки выделительная: продукты метаболизма клетки, упакованные в микропузырьки выводятся наружу образование первичных лизосом: ферменты лизосом, синтезированные на гранулярной ЭПС, концентрируются и отделяются в виде микропузырьков Центросома (Ц) – клеточный центрРасполагается в геометрическом центре, что особенно отчетливо видно в клетках, ядра которых состоят из сегментов. Органелла изменяет структуру в зависимости от стадии жизненного цикла клетки. В интерфазу под световым микроскопом Ц состоит из двух телец цилиндрической формы (центриолей) и центросферы. Расположены центриоли под прямым углом друг к другу. Под электронным микроскопом установлено, что стенки центриолей образованы девятью триплетами микротрубочек, состоящих из белка тубулина (9х3=27 микротрубочек). Центросфера представляет собой уплотненную, светлую зону цитоплазмы вокруг центриолей. Центросомацентриоли центросфера функции: в процессе деления клетки (митоз, мейоз) формируется ахроматиновое веретено, которое обеспечивает расхождение хромосом к полюсам клетки Лизосомы (Л)Имеют форму шаровидных телец, заполненных матриксом и отграниченных от цитоплазмы одинарной мембраной. Матрикс содержит различные гидролитические ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы и другие органические соединения. Лизосомы образуются в комплексе Гольджи и бывают 3 видов: первичные (неактивные), вторичные (функционирующие), постлизосомы (остаточные тельца). Функции: обеспечивают внутриклеточное пищеварение веществ, поступивших в клетку путём фагоцитоза или пиноцитоза. Л переваривают разрушенные структуры клетки в процессе самообновления (внутриклеточная физиологическая регенерация). При некоторых воздействиях (заболеваниях) повреждаются мембраны лизосом, их ферменты выходят в цитоплазму и происходит самопереваривание клетки (патологический автолиз). Лизосомапостлизосома Образование вторичных лизосом после фаго- и пиноцитоза Физиологическая регенерация ЦПССистема канальцев, образованных типичными биологическими мембранами. Канальцы ЦПС связаны с мембранами кариолеммы, комплексом Гольджи и цитолеммой. Виды ЦПС: гранулярная (на наружных мембранах сети фиксированы рибосомы) и агранулярная (мембраны канальцев лишены рибосом). ЦПСОбщей функцией ЦПС является синтетическая. Продукты синтеза накапливаются в каналах ЦПС и транспортируются в пределах и за пределы клетки. ЦПС объединяет между собой все структуры клетки (ядро, цитоплазму, цитолемму, органеллы). Для мембран ЦПС характерна еще одна функция - пространственное разделение цитоплазмы, что обеспечивает независимое и одновременное протекание различных химических реакций в незначительном объеме. РибосомыНемебранные органеллы состоят из 2 субъединиц: большой и малой. Субъединицы соединяются между собой во время этапа трансляции синтеза белка с помощью матричной РНК (м-РНК). Они образуются в ядрышках ядра и через поры кариолеммы поступают в цитоплазму. Локализуются Р в кариолимфе (для синтеза внутриядерных белков), на мембранах кариолеммы, свободно в цитоплазме, на наружной поверхности мембран гранулярной ЦПС, в митохондриях и пластидах. Несколько Р могут объединяться для синтеза одного и того же белка, такой комплекс называется полисомой. По химическому составу Р представляют собой комплекс рРНК, белков, ионов магния. Функция Р заключается в осуществлении этапа трансляции в процессе биосинтеза белка. Две субъединицы удерживают м-РНК в расправленном виде, малая субъединица удерживает т-РНК с аминокислотой, в большой субъединице происходит сборка аминокислот в полипептидную цепь. Пероксисомы (П)сходны по строению с лизосомами. П содержат мелкозернистый матрикс с 2 видами ферментов: оксидазы и пероксидазы. Оксидазы обеспечивают синтез перекиси водорода, пероксидазы - её разрушение. П участвуют в защитных реакциях клетки, освобождают её от перекисей, которые накапливаются в результате окисления жирных кислот, входящих в состав липидов биомембран. Перекиси оказывают вредное влияние на клетку: приводят к денатурации белков, снижают активность многих ферментов, разрушают мембраны, разобщают процессы окисления и фосфорилирования. Микротрубочкидлинные тонкие цилиндры, стенка состоит из белка тубулина расположены в цитоплазме свободно или входят в состав центриолей, жгутиков и ресничек Функции: опорная (цитоскелет) транспортная перемещение веществ и органелл в цитоплазме образуют нити ахроматинового веретена деления Включениявременные компоненты клетки непостоянный химический состав и структура продукты жизнедеятельности клетки трофические - запас питательных веществ в клетке. К ним относятся включения белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов. Белковые включения встречаются в клетках в форме зёрен (гранул), жировые - в виде капель, углеводные - в растительных клетках в виде зёрен крахмала, в животных в виде глыбок гликогена. Минеральные соли встречаются в кристаллическом виде. Включения водорастворимых витаминов откладываются в форме зерен и глыбок, жирорастворимых - в виде капель. В животной клетке трофические включения накапливаются в различных клетках, а затем вовлекаются в процессы метаболизма. У растений они накапливаются в семенах, плодах, вегетативных органах и с возобновлением процессов роста и развития вовлекаются в обмен веществ) Капли жира в клетках печени Кристаллы в клетках чешуи лука пигментные встречаются в цитоплазме специализированных клеток. Например, гемоглобин - пигмент, содержащий железо, в эритроцитах крови служит переносчиком кислорода и углекислого газа в организме. Пигмент меланин - черного цвета, обеспечивает окраску волос и кожи. секреторные В образуются в клетках желёз, где синтезируются гормоны (например, инсулин) или ферменты (например, пепсин). Эти вещества выделяются из клеток в кровь или полости органов и регулируют различные процессы жизнедеятельности организма экскреторные В – вещества, которые должны выводиться из клетки, т.к. они являются продуктами её метаболизма. Донесём знания до каждой клетки! |