Клеточный уровень организации биологических систем. Реализация генентической информации и ее регуляция

1. КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕНЕНТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ЕЕ РЕГУЛЯЦИЯ

2.

►Клетка — элементарная единица
строения и жизнедеятельности всех
живых организмов, обладающая
собственным обменом веществ,
способная к самостоятельному
существованию, самовоспроизведению
и развитию.

3.

o 1827 открыл яйцеклетку
млекопитающих;
o доказал, что многоклеточные
организмы начинают свой раздел с
одной клетки (зиготы)
КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ
К. Бер
o клетки - единицы развития
живых организмов.
зигота
яйцеклетка

4.

КЛЕТОЧНАЯ
ТЕОРИЯ
(1838-1839)
Т. Шванн
М. Шлейден
все живые организмы состоят из клеток;
клетки растений и животных сходны по своему строению
и химическому составу.

5.

К
Л
Т
Е
Е
Т
О
О
Р
Ч
И
Н
Я
А
Я
Р. Вихров
1858 - каждая
клетка берет
начало от
клетки;
вне клетки нет
жизни.

6.

Современная клеточная теория
1. Клетка- элементарная единица живого, основная единица
строения, функционирования, размножения и развития всех
живых организмов.
2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов
имеют общее происхождение и сходны по своему строению
и химическому составу, основными проявлениями
жизнедеятельности и обменом веществ.
3. Размножение клеток происходит путем их деления. Новые
клетки всегда возникают из предыдущих клеток.
4. У многоклеточных организмов, которые развиваются из
одной клетки, различные типы клеток формируются
благодаря своей специализации в течение индивидуального
развития особей и образуют ткани.
5. Из тканей формируются органы, которые тесно связаны
между собой.

7. Прокариотические и эукариотические клетки. Структурно-функциональная организация эукариотической клетки.

ПРОКАРИОТЫ клетки которые не имеют оформленного,
ограниченного мембраной ядра («прокариоты» буквально
означает «доядерные»).
ЭУКАРИОТЫ, организмы, клетки которых содержат
оформленные, ограниченные оболочкой ядра («эукариоты»
буквально означает «ядерные»).
Прокариотами
являются
представители
Дробянки: бактерии и синезеленые водоросли.
Царства
Эукариотами
являются
Растения, Грибы, Животные.
Царств
представители
7

8.

Признак
Размер
клеток
Прокариоты
Эукариоты
1-10 мкм
10-100 мкм
Метаболизм
Анаэробный
аэробный
Ядро
Нет
Есть
Органеллы
Отсутствуют
мембранные
органеллы.
Развиты
мембранные
немембранные органеллы
Рибосомы
Рибосомы
Рибосомы эукариотическиго типа
прокариотическиго
типа
ДНК
Кольцевая ДНК в Очень длинная ДНК с большим
количеством
некодирующих
цитоплазме
участков
организована
в
хромосомы и окружена ядерной
8
мембраной
или Аэробный
и

9.

Прокариоты
Признак
РНК и белки РНК и белки
синтезируются в
одном
компартменте
Эукариоты
Синтез и процессинг РНК
происходят в ядре, синтез белков в цитоплазме
Цитоплазма
Отсутствие
цитоскелета,
движения
цитоплазмы, эндои экзоцитоза
Имеются цитоскелет из белковых
волокон, движение цитоплазмы,
эндоцитоз и экзоцитоз
Деление
клеток
Бинарное деление
Митоз, мейоз преимущественно
Клеточная
Одноклеточные
организация
Одноклеточные или
многоклеточные с клеточной
дифференцировкой
9

10. Про- и эукариоты

11.

12. Схема строения эукариотической клетки животных и растений

12

13. ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ

Дву
мембранные
Одно
мембранные
ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ
МЕМБРАННЫЕ
- ЭПС
- Аппарат Гольджи
- Лизосомы
- Вакуоли
- Митохондрии
-Пластиды
НЕМЕМБРАННЫЕ
- Рибосомы
- Клеточный центр
- Цитоскелет
- Жгутики и реснички

14.

Поверхностный аппарат клеток
► Для того, чтобы поддерживать в себе
необходимую концентрацию веществ, клетка
должна быть физически отделена от своего
окружения. Вместе с тем, жизнедеятельность
организма предполагает интенсивный обмен
веществ между клетками. Роль барьера между
клетками играет поверхностный аппарат
клеток, который состоит из:
1. Плазматической мембраны;
2. Надмембранного комплекса:
1. У животных – гликокаликс,
2. У растений – клеточная стенка.
3. Субмембранного комплекса

15.

16.

Биологические мембраны.
Клеточная мембрана. Рецепторы
клетки.
Биологическая мембрана является структурным
компонентом цитолеммы, мембранных органоидов и
ядерной оболочки.
В настоящее время общепризнанна жидкостномозаичная модель биологической мембраны СенджераНиколсона (1972 год). Согласно данной модели
биологическая мембрана имеет липидный матрикс, в
котором находятся отдельные белковые структуры.
16

17.

18.

► Основу мембраны составляет двойной липидный слой, в
формировании которого участвуют фосфолипиды и
гликолипиды. Липидный бислой образован двумя рядами
липидов, гидрофобные радикалы которых спрятаны внутрь, а
гидрофильные группы обращены наружу и контактируют с
водной средой. Белковые молекулы как бы «растворены» в
липидном бислое.

19. Функции биологических мембран

Ограничивающее. Мембрана ограничивает
цитоплазму от межклеточного пространства, и
большинство клеточных органелл от цитоплазмы,
защищает клетку от проникновения ненужных
веществ, поддерживает ее гомеостаз.
► 2.
Формирование
гидрофобной
зоны.
Гидрофобная зона является основным барьером,
предохраняющим
клетку
от
проникновения
большинства
веществ.
Ряд
важнейших
метаболических процессов протекает только в
неполярной среде.
► 1.

20.

► 3. Барьерная. Через мембрану проходят далеко не
все вещества, которые находятся в клетке и за ее
пределами,
то
есть
мембрана
является
полупроницаемой.
► 4. Транспортная. Это перенос веществ через
мембрану, которая обеспечивает перемещение
определенных
молекул
и
ионов,
создает
трансмембранную
разницу
электрического
потенциала, которая служит толчком для
транспорта.
► 5. Компартментация клетки. Система внутренних
мембран разделяет содержимое клетки на отсеки
(компартаменты).
В
них
сосредоточены
определенные
вещества,
необходимые
для
выполнения конкретных функций. Все мембранные
органеллы
являются
внутриклеточными
компартментами.

21.

Образование органелл. Мембранные органеллы
обеспечивают одновременное протекание многих
разнонаправленных метаболических процессов.
► 7. Рецепторная. Наличие в мембране различных
рецепторов, воспринимающих химические сигналы в
виде гормонов, медиаторов и других биологически
активных веществ, обусловливает способность клетки
менять метаболическую активность и обмениваться
"информацией" с другими клетками.
► 8.
Образование
межклеточных
контактов.
Биомембраны могут образовывать следующие виды
контактов: простой контакт, плотный замыкающий
контакт, десмосомы, щелевой контакт, синаптические
контакты.
► 6.

22. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ

► Активный - перенос молекул через мембрану
с помощью специальных белков против
концентрационного градиента с затратой
энергии АТФ.
► Пассивный
- без затраты энергии АТФ
концентрационным градиентом (диффузия,
осмос)

23.

► Простая диффузия - перенос веществ через мембрану без
участия специальных механизмов. Транспорт происходит по
градиенту концентрации без затраты энергии. Путём простой
диффузии транспортируются малые биомолекулы – Н2О, СО2,
О2, мочевина, гидрофобные низкомолекулярные вещества.
Скорость простой диффузии пропорциональна градиенту
концентрации.
► Облегчённая диффузия - перенос веществ через мембрану
при помощи белковых каналов или специальных белковпереносчиков. Осуществляется по градиенту концентрации без
затраты энергии. Транспортируются моносахариды,
аминокислоты, нуклеотиды, глицерол, некоторые ионы.
Характерна кинетика насыщения – при определённой
(насыщающей) концентрации переносимого вещества в
переносе принимают участие все молекулы переносчика и
скорость транспорта достигает предельной величины.
► Осмос - транспорт растворителя через полупроницаемую
мембрану. В живых системах таким растворителем является
вода, которая способна проходить через специальные водяные
каналы, образованные белками-аквапоринов, и переносить
молекулы и ионы растворенных в ней веществ.

24.

Активный транспорт – также требует участия специальных
белков-переносчиков, но перенос происходит против
градиента концентрации и поэтому требует затраты
энергии. При помощи этого механизма через клеточную
мембрану транспортируются ионы Na+, K+, Ca2+, Mg2+,
через митохондриальную – протоны. Для активного
транспорта веществ характерна кинетика насыщения.

25. Натрий - калиевый насос (активный транспорт)

► Na +, K + -насос выкачивает 3 иона Na + из клетки в
обмен на 2 иона К +
► Фермент регулирует концентрацию Na + и К + внутри
клетки, потоки Н2О, поддерживает постоянный объем
клетки, обеспечивает Na + -связано транспорт многих
молекул, участвующих в создании мембранного
потенциала и потенциалов действия.

26.

27. Перенос через мембраны частиц и высокомолекулярных соединений Наряду с транспортом органических веществ и ионов, осуществляемым

переносчиками, в клетке существует совершенно
особый механизм, предназначенный для поглощения клеткой и
выведения из неё высокомолекулярных соединений при помощи
изменения формы биомембраны. Такой механизм
называют везикулярным транспортом.

28.

29.

Ген - участок молекулы ДНК,
определяющий порядок
аминокислот в молекуле белка.
Генетический код – система
записи генетической информации в
ДНК
(и-РНК) в виде
определенной последовательности
нуклеотидов.

30.

универсальность – код един для всех живых организмов;
вырожденность – одну аминокислоту кодируют от 2 до 6
триплетов;
триплетность – одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида;
неперекрываемость – нуклеотид одного триплета не может
входить в состав соседнего триплета;
специфичность – один триплет кодирует строго
определенную одну аминокислоту;
однонаправленность – код читается только в одном
направлннии: – 3'- 5' (c ДНК) и 5'- 3' (с иРНК)
30

31.

Первый
нуклеотид
кодона
Второй нуклеотид кодона
У
Ц
А
Г
Фен
Фен
Фен
Лей
Лей
Сер
Сер
Сер
Сер
Тир
Тир
-
Цис
Цис
Три
Лей
Лей
Лей
Лей
Про
Про
Про
Про
Гис
Гис
Глн
Глн
Арг
Арг
Арг
Арг
А
Иле
Иле
Иле
Мет
Тре
Тре
Тре
Тре
Асн
Асн
Лиз
Лиз
Сер
Сер
Арг
Арг
Г
Вал
Вал
Вал
Вал
Ала
Ала
Ала
Ала
Асп
Асп
Глу
Глу
Гли
Гли
Гли
Гли
У
Ц
Третий
нуклеотид
кодона
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
система
расположения
нуклеотидов в
ДНК, а также мРНК
определяющая
последовательнос
ть расположения
аминокислот в
белке
31

32.

33.

ДНК
А
Т
Г
Г
Г
Ц
Г
А
Т
Т
А
А
Т
А
Ц
Ц
Ц
Г
Ц
Т
А
А
Т
Т
т
РНК
р
А
а
У
н Г
с Г
к Г
р Ц
и Г
А
п У
ц У
и А
я А
Клетка
Ядро
Пептидная связь
АминоацилТРНК
Большая
субъединица
рибосомы
Информационная
(м) РНК
Малая субъединица
рибосомы
Трансляция
33

34.

I этап – транскрипция (протекает в ядре)
Синтез белка происходит на рибосоме, а информация
о структуре белка зашифрована на ДНК в ядре.
Передача информации о белке осуществляется иРНК,
которая синтезируется на одной из цепей молекулы
ДНК по принципу комплементарности.
ХЕЛИКАЗА
5’ ATA TTT TAT AAA ЦЦЦ ATA TAT AAA TГT ATA ATA AAГ 3’
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
I I I
3’ TAT AAA ATA TTT ГГГ TAT ATA TTT AЦA TAT TAT TTЦ 5’
пре- иРНК
5’ AУA УУУ УAУ AAA ЦЦЦ AУA УAУ AAA УГT AУA AУA AAГ 3’
Переписывание информации с ДНК на иРНК
называется транскрипцией.
34

35.

Процессинг – созревание иРНК: предшественница иРНК (преиРНК) содержит в себе ряд бессмысленных участков –
интронов. В результате созревания иРНК, интроны с помощью
фермента рестриктазы вырезаются, а оставшиеся экзоны –
смысловые участки, несущие информацию о белке, сшиваются
ферментом лигазой в цепочку.
Процесс сшивания иРНК в одну нить называется сплайсингом.
35

36.

Строение т-РНК

37.

III этап – трансляцияция (протекает на
рибосомах)

38.

Регуляция активности генов у прокариот
(схема Жакоба – Моно)