Клетка – элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая единица

1. Дорогие первокурсники! Поздравляем вас с началом учебного года на кафедре БИОЛОГИИ, ЭКОЛОГИИ И МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ!

2.

Коллектив кафедры биологии,
экологии и медицинской генетики

3. «Клетка – элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая единица»

ГОУ ВПО Пермская государственная медицинская
академия имени академика Е.А.Вагнера
«Клетка – элементарная
генетическая и
структурнофункциональная
биологическая единица»
Кафедра биологии, экологии и медицинской генетики

4.

Тема: «Клетка – элементарная
генетическая и структурнофункциональная
биологическая единица».
План:
1. Клеточная теория;
2. Строение клеток прокариот
и эукариот.
3. Особенности строения
животных клеток:

5.

1) Мембрана клетки
2) органоиды общего значения
(мембранного и
немембранного строения);
3) органоиды специального
значения;
4) включения.
5) ядро

6. Вопрос 1: ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ.

7.

Антон ванЛевенгук
(1632-1723)

8.

Основоположники клеточной
теории:
Павел Фёдорович Горянинов –
профессор, доктор медицины
Петербургской медикохирургической академии.
В опубликованной монографии
(1837 г.) проводит параллель
между растительными и
животными клетками

9.

Павел Фёдорович
Горянинов
(1796-1865)

10.

Немецкие биологи:
Матиас Шлейден и Теодор
Шванн опубликовали работы
в 1839 г.
Клеточная теория была
подготовлена исследованиями
многих биологов XIX века
(Дютраше, Пуркинье, Броун
и др.)

11.

Матиас
Шлейден
(1804-1881)

12.

Теодор Шванн
(1810-1882)

13.

Основные положения
клеточный теории XIX века:
1. Клеточная структура является общей
для всех тканей растительных и
животных организмов;
2. Клетки растений и животных
гомологичны по своему развитию и
аналогичны по функциональному
значению;
3. Новые клетки могут возникать в
результате деления исходной
материнской клетки.

14.

Основные положения
клеточной теории XX века:
1. Главнейшей формой организации
живых организмов – растений и
животных – является клетка;
2. Клеточное строение является
основной базой теории эволюции
органического мира, т.к. показывает
общность строения всех
существующих на земле организмов.

15.

3. Клеточная организация является
главной, но не единственной формой
проявления жизни (вирусы,
бактериофаги, микроорганизмы не
имеют клеточного строения);
4. Клетка многоклеточного организма
не является самостоятельной
единицей в организме, а только его
составной морфологической и
функциональной единицей.

16.

• Вопрос 2: СТРОЕНИЕ КЛЕТОК
ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ.

17.

Прокариоты –
1) не имеют обособленного ядра;
2) генетический аппарат
представлен единственной
хромосомой, содержащей 1
молекулу ДНК кольцевой формы
(нуклеоид), в хромосоме нет
гистонов;
3) нет системы мембран.

18.

4) отсутствуют
митохондрии, пластиды,
клеточный центр;
5) мелкие размеры
0,5-3 мкм.
К прокариотам относятся
бактерии и сине-зеленые
водоросли.

19.

Схема строения бактерии (слева и
сине-зеленой водоросли (справа).

20.

Эукариоты (ядерные
организмы) имеют:
1) обособленное ядро;
2) клеточную мембрану;
3) все органоиды и различные
включения;
4) делятся путем митоза.
Одноклеточные и
многоклеточные организмы.

21.

22.

Схема
строения
эукариотической
клетки

23.

II. Химический состав клетки.
В клетках обнаружено ~ 90 химических
элементов таблицы Менделеева.
1) Макроэлементы:
C, H, N, O, P, Cl, K, Na, Ca, S, Fe и др.
биогенные ~ 40 элементов
2) микроэлементы:
I, Zn, Cu, Mn, Cd, F – 10-4-10-5%
3) ультрамикроэлементы:
Pl, Hg, Au, Ra – 10-6 и больше %

24.

Неорганические вещества – вода и
минеральные соли.
Органические вещества – белки, липиды,
углеводы, нуклеиновые кислоты.
Вода – Н2О 75-85%
5% связанная вода
95% свободная вода
Функции:
1) универсальный растворитель
(гидрофильные и гидрофобные
вещества);
2) среда для биохимических и
физиологических реакций

25.

3) компонент химических реакций (гидролиза);
4) высокая теплоемкость и теплопроводность.
Минеральные соли – NaCl, KCl, MgCl2 и др.
в растворимом и нерастворимом виде (в костях)
концентрации солей в животной клетке 0,85%.
Функции:
1) поддержание осмотического давления;
2) поддержание кислотно-щелочного равновесия
(pH);
3) Регуляция важнейших биологических
процессов – возбудимость, сократимость,
раздражимость.

26.

Органические соединения.
Белки – определяют основные функции,
общую организацию, обуславливают
самопостроение и самовоспроизведение
клеток.
Полимеры. Аминокислоты.
Простые белки
Сложные белки
протеины:
протеиды:
альбумины
гликопротеиды
глобулины
липопротеиды
гистоны
нуклеопротеиды
фосфопротеиды
хромопротеиды

27.

Функции:
1) ферментативная;
2) строительная;
3) защитная;
4) двигательная;
5) рецепторная;
6) регуляторная;
7) энергетическая.
Липиды.
Функции:
1) энергетическая;
2) защитная;
3) строительная;
4) источник воды

28.

Углеводы.
Функции:
1) энергетическая;
2) строительная;
3) защитная.
Нуклеиновые кислоты.
Полимеры.
Нуклеотид: пуриновый (А,Г) пиримидиновые
азотистые основания (Ц, У, Т) +сахар+остаток
фосфорной кислоты.
ДНК:
РНК:
ядро
ядро
пластиды
цитоплазма
митохондрии
клеточный центр

29.

Функции
нуклеиновых кислот:
1) носитель наследственной
информации;
2) передача наследственной
информации в поколениях;
3) реализация наследственной
информации в синтезе белка.

30.

ВОПРОС 3: ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ
ЖИВОТНОЙ КЛЕТКИ.
1. Преимущественно мелкие
5-100 мкм, но есть и крупные –
яйцеклетки рыб, земноводных
200-300 мкм, яйцо страуса 20 см.;
2. Форма разнообразная, определяется
функцией тканей;
3. Нет пластид;
4. Вакуоли мелкие.

31.

32.

Структурные компоненты:
1. Оболочка – цитолемма,
плазмалемма;
2. Цитоплазма;
3. Ядро.
1) Цитолемма 7,5-10 нм (1нм=10-9м)
Химический состав:
белки – 50-60%
липиды – 40-50%
углеводы – 1,5%
РНК – 0,6-1%

33.

Модели биологической мембраны:
1. Бутербродная (слоистое строение)
Даниелли, Даусон (1931г.)
а) билипидный слой – гидрофобными
концами обращены друг к другу, а
гидрофильными головками наружу;
б) белковые слои на поверхности
билипидного слоя с внешней и
внутренней стороны.

34. Модель двуслойной липопротеидной мембраны (а) и схема (б) строения поры в мембране

35.

2. Ковровая – белки и липиды
переплетаются друг с другом,
как нити ковра;
3. Мозаичная:
Сингер, Николсон, 1972,
Тройбле, Оверат, 1974.
«Море» липидов, в котором
плавают белковые «айсберги»

36.

37.

38.

3 группы белков:
1) интегральные (пронизывающие)
2) полуинтегральные (погруженные);
3) периферические.
С внешней стороны мембраны
находится надмембранный слой –
гликокаликс:
1 – моно- и полисахаридные цепочки,
соединенные с белками и липидами
(гликопротеиды, гликолипиды);
2 – ферменты;
3 – рецепторы.

39.

Плазматическая
мембрана

40.

Функции гликокаликса:
1) внеклеточное расщепление
веществ;
2) обладает свойствами антигена;
3) обеспечивает более тесный контакт
клеток между собой;
4) межклеточная смазка;
5) рецепторная;
6) содержит защитные факторы от
внешних повреждений:
специфические (иммуноглобулины),
неспецифические (лизоцим)

41.

Схема строения плазматической
мембраны: белки с внешней
стороны слоя связаны с
полисахаридами, образуя слой
гликокаликса

42.

Функции клеточной мембраны:
1. Разграничительная;
2. Регулирует поступление
веществ в клетку (активное и
пассивное);
3. Участвует в выведении из
клеток продуктов (секреты,
экскреты и др.);
4. Играет важную роль при
делении клетки.

43.

Слияние клеточных
мембранных
вакуолей с
плазматической
мембраной

44.

Схема пиноцитоза.
Фагоцитоз у амебы.

45. Схема деления клетки

46.

2.Цитоплазма.
Химический состав:
Вода – 75-85 %
Белки – 10-20 %
Липиды – 2-3 %
Углеводы – 1 %
Нуклеиновые кислоты – 3-4 %
Неорганические соединения – 1 %
По физико-химическим свойствам это:
1) коллоидная система;
2) эмульсия;
3) истинный раствор.

47.

Структура цитоплазмы:
1 – Гиалоплазма (матрикс);
2 – Органоиды общего и
специального значения;
3 – Включения.
1. Гиалоплазма.
Коллоидная система, способная
переходить из состояния золя в
гель и обратно.

48.

Функции:
1. Объединяет все клеточные структуры и
обеспечивает взаимодействие их;
2. Через нее осуществляется большая часть
внутриклеточных транспортных
процессов;
3. Идет постоянный поток ионов к
цитолемме и от нее;
4. Основное вместилище и зона
перемещения АТФ;
5. Зона отложения запасных продуктов –
гликогена, жиров и др.

49.

Органоиды
Общего значения
Мембранного
строения
1) цитоплазматическая
сеть;
2) комплекс Гольджи;
3) лизосомы;
4) пероксисомы;
5) митохондрии.
Специального значения
Немембранного
строения
1) рибосомы
2) клеточный центр;
3) микротрубочки.

50.

I. Органоиды общего значения.
Органоиды мембранного строения.
1 - Участвующие в синтезе веществ.
Цитоплазматическая сеть (ЦПС):
1) гладкая (агранулярная);
2) шероховатая (гранулярная,
эргастоплазма).
Гладкая – комплекс внутриклеточных
мембранных структур: множество
канальцев и пузырьков

51.

Стенки канальцев – гладкие
мембраны 4-7,5 нм.
Происходит из гранулярной
цитоплазматической сети.
Гранулярная – к наружной
стенке канальцев
прикрепляется рибосомы.

52.

Эндоплазматическая
сеть

53. Схема животной клетки

54.

Функции ЦПС
Гладкая ЦПС:
участвует в углеводном и
жировом обмене:
1) синтез липидов;
2) расщепление сложных
углеводов (гликогена)
Транспортная

55.

Гранулярная ЦПС:
1) Синтез:
белков, выводимых из клетки;
синтез белков мембран и матрикса
цитоплазмы.
2) Сегрегация и изоляция белков от
основных функционирующих белков
клетки;
3) Модификация белков (глюкозирование);
4) Конденсация белков с образованием
секреторных гранул;

56.

5) Образование и построение
клеточных мембран;
6) транспортная.
Происхождение:
производные клеточной
мембраны;
производные ядерной
мембраны.

57.

Комплекс Гольджи
2 типа:
а) диффузный – диктиосомы;
б) сетчатый.
Строение:
1) мембранные мешки (цистерны),
лежащие стопками по 5-10 –
диктиосомы;
2) мелкие пузырьки в периферических
участках;
3) крупные вакуоли.

58.

Схема строения аппарата Гольджи по
данным электронного микроскопа

59.

Внутриклеточный
сетчатый аппарат
Гольджи

60.

Схема строения диктиосомы:
П – проксимальная часть, Д – дистальная
часть, В – вакуоли, Ц – плоские мембранные
цистерны, А – ампулярные расширения
цистерн

61.

Аппарат Гольджи в клетках тонкой кишки лягушки

62.

Аппарат Гольджи в клетках
спинального ганглия
морской свинки: 1 – ядро,
2 – ядрышко, 3 – АГ, 4 –
ядра клеток-сателлитов

63.

Комплекс Гольджи

64.

Микрография аппарата Гольджи, полученная с помощью
электронного микроскопа:
а – цистерны АГ в покровном эпителии ноги прудовика;

65. Б – диктиосома клетки эвглены

66.

Ферменты комплекса Гольджи:
Кислая и щелочная фосфотазы,
пероксидазы, гидралазы и др.
Функции комплекса Гольджи:
1. Сегрегация и накопление
белков, синтезированных в
гранулярной ЦПС;
2. Синтез сложных углеводов –
полисахаридов;

67.

3. Выведение готовых
секретов за пределы клетки;
4. Образование лизосом.
Происхождение:
1 – производные гранулярной
ЦПС;
2 – производные ядерной
мембраны.

68. Схема связи ЭС, аппарата Гольджи с образованием и выведением зимогена из ацинарных клеток поджелудочной железы

Схема
Схема связи
связи ЭС,
ЭС,
аппарата
аппарата
Гольджи
Гольджи сс
образованием
образованием ии
выведением
выведением
зимогена
зимогена из
из
ацинарных
ацинарных
клеток
клеток
поджелудочной
поджелудочной
железы
железы

69.

2 - Органоиды с защитной и
пищеварительной функцией.
Лизосомы
Пузырьки (0,2-0,4 мкм), окружены
однослойной мембраной ~ 7 нм
Ферменты – гидралазы: кислая
фосфотаза, рибонуклеаза,
дезоксирибонуклеаза и др.
(всего ~ 40)
Явление автолиза

70.

Типы лизосом:
1) Первичные – образуются в комплексе
Гольджи;
2) Вторичные – образуются при слиянии
первичных лизосом или с
фагоцитарными и пиноцитарными
вакуолями;
3) Телолизосомы (остаточные тельца) – в
них накапливаются непереваренные
продукты, меньше ферментов;
4) аутосомы (аутофагосомы) – в них
встречаются фрагменты или целые
цитоплазматические структуры
(митохондрии, ЦПС и др.)

71.

Функции лизосом:
1 – внутриклеточное пищеварение;
2 – освобождают клетки от
продуктов распада («санитары»,
«мусорщики»);
3 – выполняют важную роль в
защитных реакциях клетки и
организма.
Происхождение – образуются в
комплексе Гольджи

72.

Пероксисомы
Пузырьки округлой или овальной формы,
0,3-1,5 мкм, окружены одинарной
мембраной.
Ферменты:
1) окисления аминокислот;
2) каталаза (разрушает Н2О2)
Функции:
1) обезвреживающие реакции;
2) распад жирных кислот
Происхождение – образуются из канальцев
гладкой ЦПС

73. Схема связи ЭС, аппарата Гольджи с образованием и выведением зимогена из ацинарных клеток поджелудочной железы

Схема
Схема связи
связи ЭС,
ЭС,
аппарата
аппарата
Гольджи
Гольджи сс
образованием
образованием ии
выведением
выведением
зимогена
зимогена из
из
ацинарных
ацинарных
клеток
клеток
поджелудочной
поджелудочной
железы
железы

74. Пероксисомы