Неклеточные формы жизни. Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов

Неклеточные
формы жизни
HTTPS://WWW.YOUTUBE.COM/WATCH?V=GQVYUH8WZP0
HTTPS://WWW.YOUTUBE.COM/WATCH?V=HFESKAVDJMW
HTTPS://WWW.YOUTUBE.COM/WATCH?V=OXBOOGVFRC0
Вирусы
1892 г. – Д.И. Ивановский –
«фильтруемость» возбудителя
табачной мозаики.
Вирусы во внешней среде не
проявляют признаков жизни!
Размеры вирусов: 20-300 нм – мельче,
чем бактерии.
Строение вируса
Вирион – полноценная по строению и
инфекционная вирусная частица.
Классификация
вирусов
Репликация вируса
Первым делом вирус должен «узнать» клетку, которую будет заражать!
(Абсорбция)
(Провирус – латентная стадия)
Вироид – кольцевая РНК
Бактериофаги
Бактериофаги/фаги – вирусы,
поражающие бактерии.
Бактериофаги:
1.
Вирулентные
2.
Умеренные
Проверяем себя
Клетка – структурная и
функциональная единица
живых организмов
История открытия клетки

Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живого
организма, обладающая всеми основными признаками живого.

Цитология – наука, изучающая строение клетки и принципы ее
жизнедеятельности.

1665 г. – Р. Гук – открытие клетки (ячеистое строение пробки).

А. ван Левенгук – открыл одноклеточные организмы (инфузории, амебы, бактерии),
наблюдал клетки животных (эритроциты и сперматозоиды).

1825 г. – Я. Пуркине – открыл ядро (яйцеклетка птиц).

1831 г. – Р. Броун – описал ядро в клетках растений.

1833 г. – Р. Броун – «ядро – обязательная часть растительной клетки».

1839 г. Я. Пуркине – «протоплазма» - живое содержимое клетки.
Клеточная теория

1838 г. – М. Шлейден – идея, что клетка – основная структурная единица
растений.

1839 г. – Т. Шванн – основоположник клеточной теории.

Клеточная теория в настоящее время:
1.
Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живых
организмов, обладающая признаками и свойствами живого.
2.
Клетки всех организмов сходны по строению, химическому составу и
основным проявлениям жизнедеятельности.
3.
Клетки образуются путем деления предшествующей материнской клетки.
4.
Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных
организмах и работа скоординирована и организм представляет собой
целостную систему тканей, органов и систем органов.
Методы изучения клетки
1.
Световая микроскопия
2.
Методы фиксации и окрашивания (окрашивание
структур клетки)
3.
Электронная микроскопия
4.
Метод дифференциального центрифугирования
(для изучения отдельных органоидов)
5.
Методы цито-/гистохимии (изучение различных молекул в
составе клетки)
6.
Метод радиоактивной метки
7.
Метод рентгеноструктурного анализа
8.
Метод клеточных культур
9.
Метод микрохирургии
10.
Замедленная кино-/фотосъемка
Строение клетки

Многообразие клеток
Строение клетки

Любая клетка включает: поверхностный аппарат, цитоплазма, ядерный
аппарат (ядро)
ПОВЕРХНОСТНЫЙ АППАРАТ
Структура
Особенности организации
Функции
Цитоплазматическая
мембрана (ЦПМ;
плазмалемма)
Билипидный слой с
погруженными в него
белками
Барьерная, рецепторная,
транспортная, контакт с
внешней средой
Надмембранный комплекс
(гликокаликс)
Многослойное образование
из полисахаридов
Защита клетки, внешний
каркас
Субмембранный комплекс
Микротрубочки и
микрофилламенты из
белковых субъединиц
Связь между мембраной,
цитоскелетом и
гиалоплазмой
Цитоплазматическая мембрана

ЦПМ, или плазмалемма

Толщина: 10 нм

Строение:
Билипидный слой, образованный
фосфолипидами.
Периферические белки связаны с
полярными головками, не образуют
сплошной слой, связывают ЦПМ с над/субмембранными структурами.
Интегральные белки погружены в
мембрану или пронизывают ее.
Гликокалис – надмембранный комплекс
животной клетки.
Цитоплазматическая мембрана

Функции:
1.
Барьерная
2.
Рецепторная (раздражимость организмов)
В плазмалемме светочувствительных клеток животных – система
фоторецептором (родопсин) – световой сигнал превращается в
химический – возникновение нервного импульса
3.
Транспортная
Диффузия – транспорт веществ по градиенту
концентрации (без затрат энергии)
Облегченная диффузия – с помощью белковпереносчиков (пассивный транспорт)
Активный мембранный транспорт – против градиента
концентрации, с Е затратами, спец.транспортные
белки
калиево-натриевая АТФаза: + 1К+ - 3Na+ (аналогично
для ионов магний и кальция)
Транспорт в мембранной упаковке:
эндоцитоз – в клетку, эктоцитоз – из клетки.
ЦИТОПЛАЗМА
-
часть клетки между ЦМП и ядром.
Цитоплазма включает в себя:
Структура
Характеристика
Гиалоплазма
Внутренняя среда клетки, состоящая из воды, органических и
неорганических веществ
Цитоскелет (внутриклеточный)
Система микротрубочек и микрофиламентов (микронитей),
выполняющая опорную функцию и обеспечивающая
внутриклеточное движение
Органоиды
Постоянные клеточные структуры цитоплазмы, выполняющие
определенные функции и обеспечивающие процессы
жизнедеятельности клетки.
Мембранные (одно/двух-) и немембранные.
Одномембранные: ЭПР (или ЭПС), КГ (или АГ), лизосомы,
вакуоли
Двухмембранные: митохондрии, пластиды
Немембранные: рибосомы, КЦ, реснички, жгутики
Включения
Непостоянные образования. Чаще запасные вещества клетки
или конечные продукты обмена (капли жира, гранулы
(крахмал, гликоген), кристаллы (соли).
Гиалоплазма. Цитоскелет

Гиалоплазма:
70-90% вода + АК, нуклеотиды, продукты
обмена и т.д.
внутренняя среда клетки: объединяет все
клеточные структуры и обеспечивает
химическое взаимодействие между ними

Цитоскелет:
механический каркас цитоплазмы; сети
микрофиламентов и микротрубочек

Микрофиламенты (из актина и миозина) –
тонкие фибриллы из спиральнозакрученных
белковых нитей

Микротрубочки – тонкие полые цилиндры,
образованные белковыми субъединицами:
субъед. = 2 молекулы тубулина (3-ая структура)

1
Функции: «каркас» клетки, упорядочивание
структурных компонентов клетки, их движение;
микротр. образуют веретено деления при М и
М!; микроф. – движение галоплазмы
ЦИТОПЛАЗМА
Структура
Общая организация
Функции
Гиалоплазма (золь +
гель)
Коллоидный раствор белков,
углеводов и др. в-в
Внутренняя среда клетки, связь между
всеми структурами, синтез веществ
Митохондрии
2-хмембр.; внутренняя мембрана
образует кристы. Содержит
кольцевую ДНК, рибосомы,
ферменты
Синтез АТФ
Пластиды
(хлоро/хромо/
лейкопл.)
2-хмемб. Внутренняя мембрана –
тилакоиды (хлорофилл в
хлоропластах). Есть кольцевая ДНК,
рибосомы, ферменты. Только у
растений, автотрофов и
автогетеротфрофных протистов
Фотосинтез. Запас питательных
веществ
Эндопласматическая Система уплощенных мембранных
сеть/ретикулум (ЭПС, мешочков – цистерн, полостей,
ЭПР)
трубочек
Шероховатый ЭПР – рибосомы. В
цистернах – дозревание белков.
Транспорт синтезируемых белков.
Гладкий ЭПР – синтез углеводов,
липидов, стероидов. Деградация
вредных веществ.
Комплекс/аппарат
Гольджи (КГ, АГ)
Накопление, преобразование белков,
липидов, синтез полисахаридов.
Образование секреторных пузырьков,
выведение веществ из клетки.
Образование лизосом
Плоские одномембр.цистерны с
расширенными на концах
пузырьками и отделяющимися или
присоединяющимися пузырьками
ЦИТОПЛАЗМА
Структура
Общая организация
Функции
Лизосомы
Одномембранные пузырьки с
гидролитическими ферментами
Внутриклеточное переваривание,
расщепление поврежденных
органелл, отмерших клеток, органов
Вакуоли
Одномембранные цистерны,
заполненные водой и растворенными
в ней веществами
Запас воды, орг. и неорг.веществ,
осморегуляция
Рибосомы
2 субъединицы = большая + малая, из
рРНК и белков
Сборка белковых молекул
Клеточный центр
(центриоли)
Система микротрубочек из белковых
субъединиц
Центр организации микротрубочек
(образование цитоскелета, веретена
деления, ресничек, жгутиков)
Микротрубочки,
микрофиламенты
Трубочки и нити из белковых
субъединиц
Образование цитоскелета,
центриолей, жгутиков, ресничек и др.
сократительные движения,
внутриклеточный транспорт
Включения
Жировые капли, гранулы (крахмал,
гликоген) кристаллы (соли)
Запасные питательные вещества,
конечные продукты обмена
Клеточный центр. Рибосомы

Клеточный центр = 2 центриоли
перпендикулярно друг другу +
микротрубочки

1 центриоль = 9 триплетов микротрубочек

Функции: центр организации и сборки
микротрубочек; участвуют в образовании
базальных телец ресничек и жгутиков.

Рибосома = большая + малая субъединицы,
каждая – комплекс рРНК и белков

Функции: сборка белковых молекул из АК,
15-20 нм

Полисомы – группы рибосом,
прикрепленных к ЭПР и/или ядра – синтез
белков «на экспорт», выведение из клетки.
Рибосомы, не прикрепленные, - синтез
белков для нужд клетки.
Эндоплазматическая сеть

ЭПР/ЭПС – система мембранных каналов и
полостей, пронизывающих гиалоплазму.

ЭПС – до 50% объема клетки.

Шероховатая (гранулярная) ЭПС – на
поверхности рибосомы, синтез белков,
выводимых из клетки, некоторых
мембранных белков часть белков
цитоплазмы.

Гладкая ЭПС – синтез углеводов и липидов. В
гл. ЭПС печени – деградация вредных
веществ, их детоксикация. Депо ионов
кальция.
Комплекс (аппарат) Гольджи

КГ/АГ – система внутриклеточных
мембранных структур: цистерн, пузырьков,
трубочек, - где накапливаются вещества,
синтезированные на мембранах ЭПС.

Диктиосома – цистерны, расположенные
друг на друге.

Функции:
накопление веществ;
образование лизосом.
Лизосомы

Лизосомы – мембранные пузырьки (0,4-1
мкм), содержащие около 50
пищеварительных ферментов, способных
расщеплять белки, углеводы, липиды,
нуклеиновые кислоты.

У протистов: вторичная лизосома
(пищеварительная вакуоль) = лизосома +
фагоцитарный пузырек
Вакуоли (только у растений!)

Вакуоли – крупные мембранные пузырьки,
заполненные преимущественно водным
содержимым.

Вакуоли образуются из пузыревидных
расширений ЭПС или пузырьков КГ,

У растущего организма много мелких вакуолей,
которые потом сливаются в 1, которая может занимать
70-90% объема всей клетки.

Мембрана вакуоли – тонопласт, 6 нм,
избирательна.

Содержимое вакуолей – клеточный сок (неорг.
и орг. в-ва, продукты метаболизма, запасные
вещества; пигменты (антоцианы, флавоны,
флаванолы), фитогормоны (регуляторы
роста), фитонциды, ферменты)

Автолиз = самопереваривание

Сократительные (пульсирующие) вакуоли –
осморегуляция.
Митохондрии






Митохондрии – 2-хмемб.органоиды,
участвующие в процессе клеточного дыхания и
обеспечивающие клетку энергией в виде АТФ.
В разных клетках – разное количество.
Наружная мембрана гладкая (высокая
проницаемость), внутренняя образует
выпячивания внутрь – кристы (увеличение
площади общей поверхности), на кристах –
ферменты, переносчики протонов и
электронов.
Матрикс – внутреннее пространство
митохондрий, заполненное полужидким
веществом – белки, ферменты, кольцевые
ДНК, все типы РНК, АК, витамины, рибосомы,
гранулы.
АТФ-сомы – грибовидные образования на
поверхности внутренней мембраны, содержит
комплекс ферментов для синтеза АТФ.
Продолжительность жизни: 10 дней.
Пластиды (только у растений!)

Пластиды растений: хлоропласты, хромопласты,
лейкопласты, - все возникают из 1ых пластид.
В клетках одновременно только 1 тип пластид!

Хлоропласты – зеленые пластиды, осуществляющие
фотосинтез (пигменты: хлорофиллы a, b и др.) +
вспомогательные каротиноиды (оранжевые, желтые,
красные).

1 клетка листа – 15-20 хлоропластов.

Тилакоиды – замкнутые дисковидные мешочки от
внутренней мембраны. В мембранах –
светочувствительные пигменты, переносчики
протонов и электронов!

Грана – несколько тилакоидов, лежащих друг на
друге.

Строма (матрикс) – внутренняя среда хлоропласта
– содержит белки, липиды, кольцевую ДНК, РНК,
рибосомы, запасные пит.в-ва (липиды, крахмал),
ферменты, фиксирующие СО2.

Функции: фотосинтез, синтез АТФ, некоторых
липидов, белков мембраны тилакоидов,
ферментов-катализаторов фтосинтеза.

При деградации превращаются в хромопласты.
Пластиды (только у растений!)

Пластиды растений: хлоропласты,
хромопласты, лейкопласты

Лейкопласты – бесцветные пластиды, без
гран и пигментов.

В них откладываются запасные питательные
вещества – крахмал, белки, жиры.

В матриксе: ДНК, рибосомы, ферменты,
обеспечивающие синтез и расщепление
запасных веществ.

Крахмальные зерна – лейкопласты,
полностью заполненные крахмалом.
Пластиды (только у растений!)

Пластиды растений: хлоропласты,
хромопласты, лейкопласты

Хромопласты – пластиды, содержащие
пигменты каротиноиды (желтая, оранжевая,
красная окраска).

В них откладываются запасные питательные
вещества – крахмал, белки, жиры.

Конечный этап развития всех пластид!
ЯДРО
-
хранение, реализация, передача наследственной информации
У бактерий и цианобактерий ядра нет, ядерный аппарат – бактериальная
хромосома
Структура
Общая организация
Функции
Ядро
2-хмембр. Хроматин, ядерный
матрикс, ядрышко, ДНК
Хранение и передача наследственной
информации дочерним клеткам в
неизменном виде. Реализация
наследственной информации
Ядро





Ядро – специфический 2-хмембранный
органоид эукариот; содержит более 90%
клеточной ДНК.
От цитоплазмы ядро отделено ядерной
оболочкой из 2-х мембран: наружная граничит
с цитоплазмой, в некоторых местах переходит
в ЭПР, содержит рибосомы, внутренняя –
граничит с нуклеоплазмой, гладкая.
Ядерная оболочка содержит поры.
Ядерный матрикс (нуклеоплазма) –
содержимое ядра, гелеобразный матрикс.
Содержит белки, РНК, ионы, нуклеотиды,
хроматин и ядрышко (одно или несколько).
Хроматин – фибриллы, мелкие гранулы или
глыбки. Основа – нуклеопротеины – длинные
нитевидные молекулы ДНК, соединенные со
специфическими хромосомными белками;
РНК, синтезированные на ДНК.
Ядрышки – округлые, сильно уплотненные, не
ограниченные мембраной участки клеточного
ядра. Синтез рРНК + белок = рибосома.

Хромосомы – спирализованный хроматин;
плотные палочковидные образования.

Кариотип – совокупность хромосом в
клетках определенного вида организмов.

Кариотип видоспецифичен (неповторим),
поэтому кариотип – критерий вида
(генетический).

Гаплоидный набор, n – число хромосом в
зрелых половых клетках.

Соматические клетки – клетки,
составляющие тело любого организма,
диплоидны (2n).

Полиплоиные клетки – клетки, имеющие
более 2-х наборов хромосом (3n, 4n и т.д.).

Гомологичные хромосомы – парные
хромосомы, т.е. одинаковые по форм,
структуре, размерам, но имеющие разное
происхождение (одна материнская, другая
отцовская).
Особенности строения клеток
прокариот
1.
Мезосомы – впячивания внутрь клетки
клеточной мембраны в виде спирали.
Участвуют в делении клетки, место
прикрепления бактериальной хромосомы.
2.
Клеточная оболочка состоит из муреина –
полисахарид из 2-х чередующихся остатков
аминосахаров.
3.
НЕТ мембранных органоидов: ЭПС, КГ,
лизосомы, митохондрии, пластиды.
4.
Ламеллярные тилакоиды, хроматофоры –
впячивания ЦПМ, содержащие ферменты,
участвующие в энергетическом
метаболизме.
5.
Ядерный аппарат – нуклеоид – 1 кольцевая
ДНК, не окружена оболочкой, крепится к
ЦПМ, т.е. нет оформленного ядра.
Особенности строения клеток
эукариот разный царств
Сходство:

Единый план строения

Наличие ядра, цитоплазмы с мембранными
органоидами и включениями

Принципиальное сходство процессов
обмена веществ и энергии в клетке

Сходные процессы при делении клеток
Особенности строения клеток
эукариот разный царств
Различия:
 Клетки растений и грибов имеют жесткую клеточную оболочку
 Клеточная оболочка – продукт жизнедеятельности клетки
 Сложный каркас параллельно расположенных волокон в аморфном матриксе.
Волокнистый компонент растений – целлюлоза, грибов – хитин.
 В составе матрикса полисахариды – гемицеллюлоза и пектиновые вещества
(аморфные, т.к. не кристаллизуются)
 Первичная оболочка молодых клеток содержит до 30% волокнистых элементов,
после прекращения роста – вторичная оболочка
 На поверхности клеточных оболочек – кутин, суберин – опробковение, воск –
водонепроницаемость
 Запасное питательное вещество растений – крахмал, грибов и животных – гликоген
(гетеротрофы)
 Клетки животных не имеют жесткой оболочки, не содержат пластиды
 Соответствующие различия в строение авто- и гетеротрофных протистов
Деление клетки. Клеточный цикл

Жизненный, или клеточный, цикл – жизнь
клетки от момента ее появления в процессе
деления материнской клетки и до ее
собственного деления (включая его) или
гибели.

Клеточный цикл = интерфаза + митоз
Интерфаза

– жизнь клетки одного деления до другого.
Периоды:
1.
Пресинтетический (G1)
самый продолжительный, сразу после деления; рост,
накопление энергии и вещества – увеличение всех
органоидов, синтез белков для следующего периода
2.
Синтетический (S)
удвоение ДНК (репликация/редупликация), синтез
белков для формирования хромосом, увеличение
количества РНК. К концу периода каждая хромосома
состоит из 2-х идентичных хроматид
3.
Постсинтетический (G2)
самый быстрый; содержание ДНК в клетке 2n4c,
накапливается Е для М, синтезируются белки
микротрубочек для образования веретена деления
Митоз (М)

– процесс непрямого деления соматических
клеток.
Из 1 материнской – 2 дочерний с таким же набором хромосом.
Митоз = кариокинез (деление ядра) + цитокинез (деление цитоплазмы)
Фазы:
1.
Профаза
фрагментация ядерной оболочки, спирализация хроматина,
формирование хромосом, центросомы (из 2-х центриолей)
расходятся к полюсам клетки, формируется веретено деления (ВД;
часть нитей от полюса к полюсу, часть – прикрепляется к
центромерам хромосом)
2.
Метафаза
3.
Анафаза
4.
Телофаза
max спирализация хромосом, образование метафазной
пластинки
каждая хромосома расщепляется на 2 хроматиды, которые
растягиваются к противоположным полюсам клетки
дочерние хромосомы деспирализуются, ДНК доступна для
транскрипции, формируется ядерная оболочка у каждого
полюса, образуются ядрышки, нити ВД распадаются.
Начинается цитокинез:
у животных – кольцевая перетяжка;
у растений – внутриклеточная срединная пластинка из
содержимого пузырьков КГ
Митоз (М)

Биологическое значение:
воспроизводство клеток с количественно и
качественно одинаковой генетической
информацией (из-за репликации ДНК)
Клеточная гибель

Некроз
нарушения гомеостаза из-за нарушения
проницаемости клеточных мембран

Апоптоз
программируемая клеточная смерть,
«самоубийство»
Амитоз, или прямое деление
-
деление интерфазного ядра путем
перетяжки

Прямое бинарное деление - прокариоты
Мейоз (М!)
-
деление 1 материнской диплоидной клетки
с образованием 4-х гаплоидных дочерних
клеток (гаметы)
Включает 2 деления: мейоз I (редукционное
деление – число хромосом уменьшается
вдвое) и мейоз II (эквационное деление –
гаплодность сохраняется).
Мейоз I (М! I)
М! I:
Профаза I – спирализация хроматина,
образование хромосом, конъюгация и
образование бивалента из 4 хроматид
(тетрада); хромосомы делятся в области
центромер, оставаясь соединенными в
области плеч, и образуют перекресты
(хиазмы); расхождение хроматид и
кроссинговер.
Метафаза I, анафаза I и телофаза I –
аналогично М.
Интеркинез – короткий промежуток между М! I
и М! II.
М! II – по типу М.
Мейоз I (М! I)
Биологическое значение М!:
1.
М! – обязательное звено в жизненном цикле
эукариот, размножающихся половым
путем.
2.
М! обеспечивает постоянство числа
хромосом вида.
Редукция числа хромосом до гаплоидного
происходит в анафазе первого деления,
восстановление диплоидного набора – при
оплодотворении (О!).
3.
М! обеспечивает комбинативную
изменчивость (слияние материнской и
отцовской гамет).
4.
Генетическая рекомбинация хромосом
дополняется кроссинговером в профазе
первого деления, обеспечивая
рекомбинацию генов одной пары
гомологичных хромосом.
Проверяем себя