Lektsii-biologia

Лекция 2

Клетка – элементарная структурная единица живого орга -

низма

План

1.Клеточная теория.

2.Строение клетки.

3.Эволюция клетки.

Клеточная теория.
В 1665г. Р.Гук впервые обнаружил растительные клетки. В
1674г. А.Левенгук открыл животную клетку. В 1839г. Т.Шванн и
М.Шлейден сформулировали клеточную теорию. Основным по	-
ложением клеточной теории было то, что клетка является струк	-
турной и функциональной основой живых систем. Но они оши	-
бочно считали, что клетки образуются из бесструктурного веще	-
ства. В 1859г. Р.Вирхов доказал, что новые клетки образуются
лишь путем деления предшествующих.
Основные положения клеточной теории:

1)Клетка является структурной и функциональной единицей все -

го живого. Все живые организмы состоят из клеток.
2)Все клетки в основном сходны по химическому составу и об	-
менным процессам.
3)Новые клетки образуются путем деления уже существующих.
4)Все клетки одинаковым образом хранят и реализуют наслед	-
ственную информацию.
5)Жизнедеятельность многоклеточного организма в целом обу	-
словлена взаимодействием составляющих его клеток.
Строение клетки

По строению выделяют 2 типа клеток:

-прокариоты

-эукариоты

К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Прокариоты от эукариот отличаются следующим: у них нет мем -

11D

бранных органелл, имеющихся в эукариотической клетке (мито - хондрий, эндоплазматической сети, лизосом, комплекса Гольджи, хлоропластов).

Самое же важное отличие заключается в том, что у них нет окруженного мембраной ядра. ДНК прокариот представлена од - ной свернутой кольцевой молекулой. У прокариот отсутствуют и центриоли клеточного центра, поэтому они никогда не делятся митозом. Для них характерен амитоз – прямое быстрое деление.

Эукариотические клетки – это клетки одноклеточных и много - клеточных организмов. Они состоят из трех главных составных частей:

-клеточной мембраны, окружающей клетку и отделяющей ее от внешней среды;

-цитоплазмы, содержащей воду, минеральные соли, органические соединения, органеллы и включения;

-ядра, в котором находится генетический материал клетки.

Наружная клеточная мембрана

1 – полярная головка молекулы фосфолипида

2 – жирнокислотный хвост молекулы фосфолипида

3 – интегральный белок

4 – периферический белок

5 – полуинтегральный белок

6 – гликопротеин

7 - гликолипид

12D

Наружная клеточная мембрана присуща всем клеткам (живот - ным и растительным), имеет толщину около 7,5 (до 10) нм и со - стоит из молекул липидов и белка.

В настоящее время распространена жидкостно-мозаичная мо - дель построения клеточной мембраны. Согласно этой модели мо - лекулы липидов расположены в два слоя, причем своими водоот - талкивающими концами (гидрофобными – жирорастворимыми)

они обращены друг к другу, а водорастворимыми (гидрофильны - ми) – к периферии. В липидный слой встроены белковые молеку - лы. Некоторые из них находятся на внешней или внутренней по - верхности липидной части, другие – частично погружены или пронизывают мембрану насквозь.

Функции мембран:

-защитная, пограничная, барьерная;

-транспортная;

-рецепторная – осуществляется за счет белков – рецепторов, ко - торые обладают избирательной способностью к определенным веществам (гормонам, антигенам и др.), вступают с ними в хими - ческие взаимодействия, проводят сигналы внутрь клетки;

-участвуют в образовании межклеточных контактов;

- обеспечивают движение некоторых клеток (амебовидное дви	-
жение).
У животных клеток сверху наружной клеточной мембраны име	-
ется тонкий слой гликокаликса. Это комплекс углеводов с липи	-

дами и углеводов с белками. Гликокаликс участвует в межклеточ - ных взаимодействиях. Точно такое же строение имеют цитоплаз - матические мембраны большинства органелл клетки.

У растительных клеток снаружи от цитоплазматической мем - браны. расположена клеточная стенка, состоящая из целлюлозы.

Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану.

Существуют два основных механизма для поступления веществ в клетку или выхода из клетки наружу:

1.Пассивный транспорт.

2.Активный транспорт.

Пассивный транспорт веществ происходит без затраты энер - гии. Примером такого транспорта является диффузия и осмос, при которых движение молекул или ионов осуществляется из об -

13D

ласти с высокой концентрацией в область с меньшей концентра - цией, например, молекул воды.

Активный транспорт – при этом виде транспорта молекулы или

ионы проникают через мембрану против градиента концентра	-
ции, для чего необходима энергия. Примером активного транс	-
порта служит натрий-калиевый насос, который активно выкачи	-

вает натрий из клетки и поглощает ионы калия из внешней среды, перенося их в клетку. Насос – это особый белок мембраны, при - водит его в движение АТФ.

Активный транспорт обеспечивает поддержание постоянства объема клетки и мембранного потенциала.

Транспорт веществ может осуществляться путем эндоцитоза и экзоцитоза.

Эндоцитоз – проникновение веществ в клетку, экзоцитоз – из клетки.

При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание или выросты, которые затем обволакивают вещество и отшнуро - вываясь, превращаются в пузырьки.

Различают два типа эндоцитоза:

1)фагоцитозпоглощение твердых частиц (клетки фагоциты), 2)пиноцитоз – поглощение жидкого материала. Пиноцитоз харак - терен для амебоидных простейших.

Путем экзоцитоза различные вещества выводятся из клеток: из пищеварительных вакуолей удаляются непереваренные остатки пищи, из секреторных клеток выводится их жидкий секрет.

Цитоплазма – (цитоплазма + ядро образуют протоплазму). Цитоплазма состоит из водянистого основного вещества (цито - плазматический матрикс, гиалоплазма, цитозоль) и находящихся в нем разнообразных органелл и включений.

Включения– продукты жизнедеятельности клеток. Выделяют 3 группы включений – трофического, секреторного (клетки желез) и специального (пигмент) значения.

Органеллы – это постоянные структуры цитоплазмы, выпол - няющие в клетке определенные функции.

Выделяют органеллы общего значения и специальные. Специ - альные встречаются в большинстве клеток, но в значительном ко -

14D

личестве присутствуют только в клетках, выполняющих опреде	-
ленную функцию. К ним относятся микроворсинки эпителиаль	-
ных клеток кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов,
жгутики, миофибриллы (обеспечивающие сокращение мышц и
др.).

К органеллам общего значения относят ЭПС, комплекс Гольд - жи, митохондрии, рибосомы, лизосомы, центриоли клеточного центра, пероксисомы, микротрубочки, микрофиламенты. В рас - тительных клетках – пластиды, вакуоли. Органеллы общего зна - чения можно подразделить на органеллы, имеющие мембранное и немембранное строение.

Органеллы, имеющие мембранное строение бывают двумем - бранные и одномембранные. К двумембранным относят митохон - дрии и пластиды. К одномембранным – эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли.

Органеллы, не имеющие мембран: рибосомы, клеточный центр, микротрубочки, микрофиламенты.

Митохондрии – это органеллы округлой или овальной формы. Они состоят из двух мембран: внутренней и наружной. Внутрен - няя мембрана имеет выросты – кристы, которые разделяют мито - хондрию на отсеки. Отсеки заполнены веществом – матриксом. В матриксе содержатся ДНК, иРНК, тРНК, рибосомы, соли кальция и магния. Здесь происходит автономный биосинтез белка. Основ - ной же функцией митохондрий является синтез энергии и накоп - ления ее в молекулах АТФ. Новые митохондрии образуются в клетке в результате деления старых.

Пластиды – органеллы, встречающиеся преимущественно в растительных клетках. Они бывают трех типов: хлоропласты, со - держащие пигмент зеленого цвета; хромопласты (пигменты красного, желтого, оранжевого цвета); лейкопласты (бесцветные).

- Хлоропласты благодаря зеленому пигменту хлорофиллу, спо - собны синтезировать органические вещества из неорганических, используя энергию солнца.

-Хромопласты придают яркую окраску цветам и плодам.

-Лейкопласты способны накапливать запасные питательные вещества: крахмал, липиды, белки и др.

15D

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) представляет собой сложную

систему вакуолей и каналов, которые ограничены мембранами.
Различают гладкую (агранулярную) и шероховатую (грануляр	-
ную) ЭПС. Гладкая не имеет на своей мембране рибосом. В ней
происходит синтез липидов, липопротеидов, накопление и выве	-
дение из клетки ядовитых веществ. Гранулярная ЭПС имеет ри	-
босомы на мембранах, в которых синтезируются белки. Затем
белки поступают в комплекс Гольджи, а оттуда наружу.
Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) представляет собой
стопку уплощенных мембранных мешочков – цистерн и связан	-
ную с ними систему пузырьков. Стопка цистерн называется дик	-
тиосома.

Функции комплекса Гольджи : модификация белков, синтез поли - сахаридов, транспорт веществ, формирование клеточной мембра - ны, образование лизосом.

Лизосомы – представляют собой окруженные мембраной пу -

зырьки, содержащие ферменты. Они осуществляют внутрикле	-
точное расщепление веществ и подразделяются на первичные и
вторичные. Первичные лизосомы содержат ферменты в неактив	-
ной форме. После попадания в органеллы различных веществ
происходит активация ферментов и начинается процесс перева	-
ривания – это вторичные лизосомы.

Пероксисомы имеют вид пузырьков, ограниченных одной мем - браной. Они содержат ферменты, которые расщепляют токсич - ную для клеток перекись водорода.

Вакуоли – это органеллы клеток растений, содержащие клеточ - ный сок. В клеточном соке могут находиться запасные питатель - ные вещества, пигменты, отходы жизнедеятельности. Вакуоли участвуют в создании тургорного давления, в регуляции водно – солевого обмена.

Рибосомы – органеллы, состоящие из большой и малой субъ - единиц. Могут находиться или на ЭПС или же располагаться сво - бодно в клетке, образуя полисомы. Они состоят из рРНК и белка и образуются в ядрышке. В рибосомах происходит биосинтез белка.

Клеточный центр – встречается в клетках животных, грибов, низших растений и отсутствует у высших растений. Он состоит

16D

из двух центриолей и лучистой сферы. Центриоль имеет вид по	-
лого цилиндра, стенка которого состоит из 9 триплетов микро	-
трубочек. При делении клетки образуют нити митотического ве	-

ретена, обеспечивающие расхождение хроматид в анафазе митоза и гомологичных хромосом при мейозе.

Микротрубочки – трубчатые образования различной длины. Входят в состав центриолей, митотического веретена, жгутиков, ресничек, выполняют опорную функцию, способствуют переме - щению внутриклеточных структур.

Микрофиламенты – нитчатые тонкие образования, располо - женные по всей цитоплазме, но особенно много их под клеточной

оболочкой. Вместе с микротрубочками образуют цитоскелет
клетки, обусловливают ток цитоплазмы, внутриклеточные пере	-
мещения пузырьков, хлоропластов и др. органелл.
Эволюция клетки
Существуют два этапа в эволюции клетки:
1.Химический.
2.Биологический.
Химический этап начался около 4,5 млрд лет назад. Под дей	-

ствием ультрафиолетового излучения, радиации, грозовых разря -

дов (источники энергии) происходило образование сначала про	-
стых химических соединений – мономеров, а затем более слож	-
ных – полимеров и их комплексов (углеводов, липидов, белков,
нуклеиновых кислот).

Биологический этап образования клеток начинается с появле - ния пробионтов – обособленных сложных систем, способных к самовоспроизведению, саморегуляции и естественному отбору. Пробионты появились 3-3,8 млрд. лет назад. От пробионтов про - изошли первые прокариотические клетки – бактерии. Эукариоти - ческие клетки произошли от прокариот (1-1,4 млрд. лет назад) двумя путями:

1)Путем симбиоза нескольких прокариотических клеток – это симбиотическая гипотеза; 2)Путем инвагинации клеточной мембраны. Суть инвагинацион -

ной гипотезы заключается в том, что прокариотическая клетка

17D

содержала несколько геномов, прикрепленных к клеточной обо - лочке. Затем происходила инвагинация – впячивание, отшнуровка клеточной мембраны, и эти геномы превращались в митохондрии, хлоропласты, ядро.

Дифференциация и специализация клеток.

Дифференциация – это формирование различных типов клеток и тканей в ходе развития многоклеточного организма. Одна из ги - потез связывает дифференцировку с экспрессией генов в процес -

се индивидуального развития. Экспрессия – процесс включения
тех или иных генов в работу, который создает условия для на	-
правленного синтеза веществ. Поэтому происходит развитие и
специализация тканей в том или ином направлении.

18D

Лекция 3.

Строение ядра. Деление клетки

План

1.Строение и функции клеточного ядра.

2.Хроматин и хромосомы.

3.Клеточный и митотический циклы клетки.

4.Пролиферация клеток.

Строение и функции клеточного ядра.

Ядро – обязательная часть эукариотической клетки. Главная функция ядра – хранение генетического материала в форме ДНК и передача ее дочерним клеткам при клеточном делении. Кроме того, ядро управляет белковыми синтезами, контролирует все процессы жизнедеятельности клетки. ( в растительной клетке ядро описал Р.Броун в 1831г., в животной – Т.Шванн в 1838г.)

Большинство клеток имеет одно ядро, обычно округлой формы, реже неправильной формы.

Размеры ядра колеблются от 1мкм (у некоторых простейших) до 1мм (в яйцеклетках рыб, земноводных).

Встречаются двуядерные клетки (клетки печени, инфузорий) и многоядерные (в клетках поперечно – полосатых мышечных во - локон, а так же в клетках ряда видов грибов и водорослей).

Некоторые клетки (эритроциты) – безъядерные, это редкое яв - ление, носит вторичный характер.

В состав ядра входят: 1)ядерная оболочка; 2)кариоплазма; 3)ядрышко;

4)хроматин или хромосомы. Хроматин находится в неделящемся ядре, хромосомы – в митотическом ядре.

Оболочка ядра состоит из двух мембран (наружной и внутрен - ней). Наружная ядерная мембрана соединяется с мембранными каналами ЭПС. На ней располагаются рибосомы.

19D

В мембранах ядра имеются поры (3000-4000). Через ядерные поры происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой.

Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобраз - ный раствор, который заполняет пространство между структура - ми ядра (хроматином и ядрышками). Она содержит ионы, нуклео - тиды, ферменты.

Ядрышко, обычно шаровидной формы (одно или несколько), не окружено мембраной, содержит фибриллярные белковые нити и РНК.

Ядрышки – не постоянные образования, они исчезают в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. Яд - рышки имеются только в неделящихся клетках. В ядрышках про - исходит формирование рибосом, синтез ядерных белков. Сами же ядрышки образуются на участках вторичных перетяжек хромосом (ядрышковых организаторах). У человека ядрышковые организа - торы находятся на 13,14,15,21 и 22 хромосомах.

Хроматин и хромосомы

Хроматин – это деспирализованная форма существования хро -

мосом. В деспирализованном состоянии хроматин находится в
ядре неделящейся клетке.
Хроматин и хромосомы взаимно переходят друг в друга. По
химической организации как хроматин, так и хромосомы не от	-
личаются. Химическую основу составляет дезоксирибонук	-
леопротеин – комплекс ДНК с белками. С помощью белков про	-

исходит многоуровневая упаковка молекул ДНК, при этом хрома -

тин приобретает компактную форму. Например, в деспирализо	-
ванном (вытянутом) состоянии длина молекулы ДНК хромосомы
человека достигает около 6 см, что примерно в 1000 раз превы	-
шает диаметр ядра клетки. Несмотря на то, что в неделящихся

клетках хроматин находится в деспирализованном состоянии, тем не менее отдельные его участки спирализованы, т.е. хроматин не - однороден по структуре.

20D