Урок 12 История изучения клеток. Методы цитологических

Урок 12 История изучения клеток. Методы цитологических
исследований. Химический состав строение и функции мембран
(биомембран). Транспорт веществ через мембраны.
Цитология (греч. citos – клетка, logos – наука) – наука о клетке.
В настоящее время учение о клетке является во многих отношениях
центральным объектом биологических исследований. Предпосылкой для
открытия клетки явилось изобретение микроскопа и его использование для
исследования биологических объектов.
Первый световой микроскоп сконструировали в Голландии в 1590 году два
брата, Ганс и Захариус Янссены, шлифовальщики линз. Долгое время
микроскоп использовался как забава, игрушка для развлечения знатных особ.
Первые упоминания о клетке появились в XVII веке, когда в 1665 году
английский ученый Роберт Гук, рассматривая под микроскопом срез пробки,
обнаружил, что она состоит из ячеек или полостей, напоминающих пчелиные
соты, которые он назвал клетками (от греч. kytos – полость, лат. – cellula).
Роберт Гук (1635-1703)
Антонио ван Левенгук (1632-1723)
Термин «клетка» утвердился в биологии, несмотря на то, что Роберт Гук
наблюдал, в действительности, не клетки, а только целлюлозные оболочки
растительных клеток. Кроме того, клетки не являются полостями. В
дальнейшем клеточное строение многих частей растений видели и описали
М. Мальпиги, Н. Грю, а также А. Левенгук.
Важным событием в развитии представлений о клетке была изданная в 1672
году книга Марчелло Мальпиги «Анатомия растений», где приводилось
подробное описание микроскопических растительных структур. В своих
исследованиях Мальпиги убедился, что растения состоят из клеток, которые
он называл «мешочками» и «пузырьками».
Среди блестящей плеяды микроскопистов XVII века одно из первых мест
занимает А. Левенгук, голландский купец, который завоевал себе славу
учёного. Он прославился созданием линз, которые давали увеличение в 100300 раз. В 1674 году Антонио ван Левенгук открыл с помощью
собственноручно изобретенного микроскопа одноклеточных простейших,
названных им «микроскопическими животными», бактерии, дрожжи, клетки
крови – эритроциты, половые клетки – сперматозоиды, которые Левенгук
называл «анималькули». Из животных тканей Левенгук изучал и точно
описал строение сердечной мышцы. Он был первым натуралистом,
наблюдавшим клетки животного организма. Это пробудило интерес к
изучению живого микромира.
Как наука цитология возникла лишь в XIX веке. В это время были сделаны
важные открытия. В 1830 году чешский исследователь Ян Пуркинье описал
вязкое студенистое вещество внутри клетки и назвал его протоплазмой (гр.
protos – первый, plasma – образование).
В 1831 году шотландский ученый Роберт Броун открыл ядро.
В 1836 году Габриелем Валентини в ядре было обнаружено ядрышко.
В 1838 году была опубликована работа Матиаса Шлейдена «Данные о
фитогенезисе», где автор, опираясь на уже имевшиеся в ботанике
представления о клетке, выдвинул идею об идентичности растительных
клеток с точки зрения их развития. Он пришёл к выводу, что закон
клеточного строения справедлив для растений.
В 1839 году вышла в свет ставшая классической книга Теодора Шванна
«Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте
животных и растений». В ней автор сделал окончательный вывод о том, что
клетка является структурной единицей жизнедеятельности и развития
растений и животных.
В 1838 – 1839 годах немецкие ученые Матиас Шлейден и Теодор Шванн
независимо друг от друга сформулировали клеточную теорию.
• Клетка является универсальной структурой и функциональной
единицей живого.
• Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие
принципы жизнедеятельности.
• Клетки образуются только при делении предшествующих им клеток.
• Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в
многоклеточных организмах их работа скоординирована, и организм
представляет собой целостную систему.
Роль
современной
клеточной
теории:
доказывает
единство
происхождения всех живых организмов, единство всего органического
мира. Благодаря клеточной теории стало понятно, что клетка - это
важнейшая составляющая часть всех живых организмов, ведь она самая
мелкая единица организма, граница его делимости, наделенная жизнью и
всеми основными признаками организма. Как элементарная живая система,
она лежит в основе строения и развития всех живых организмов. На уровне
клетки проявляются такие свойства жизни, как способность к обмену
веществ и энергии, саморегуляция, размножение, рост и развитие,
раздражимость.
Методы цитологических исследований
Важнейшее условие существования клетки, и, следовательно, жизни –
нормальное функционирование биологических мембран. Мембраны –
неотъемлемый компонент всех клеток.
Все биологические мембраны имеют толщину от 5 до 10 нм, содержат белки
липиды, соотношение между которыми варьирует в зависимости от
происхождения мембраны. Кроме того, в них присутствуют углеводы,
неорганические соли, вода и ряд других соединений; в некоторых мембранах
обнаружены следы РНК (до 0,1%). У млекопитающих мембраны содержат
особенно большое количество фосфолипидов и холестерола. В настоящее
время общепринятой моделью строения мембран является жидкостномозаичная, предложенная в 1972 году С.Синджером и Дж.Николсоном.
Структурной единицей мембраны является фослолипидный бислой.
Фосфолипиды – амфифильные молекулы, т.е. в одной молекуле имеются как
гидрофильные, так и гидрофобные участки. Фосфолипидный бислой
представляет собой листок, состоящий из 2 слоев фосфолипидов, причём их
полярные головки обращенеы к воде, а цепи остатков жирных кислот
формируют внутреннюю гидрофобную среду. При встряхивании
фосфолипидов с водой они образуют шарообразные мицеллы, где цепи
остатков жирных кислот направлены в сторону, противоположную
гидрофильной поверхности.
Липидный бислой с обеих сторон покрыт белками. В соответствии с жидкой
мозаичной моделью мембраны сами липиды и некоторые белки способны
передвигаться в плоскости бислоя.
Белковые молекулы встроены в билипидный слой мембраны локально и не
образуют сплошного слоя. По расположению и функции выделяют три вида
белковых молекул.
Функции плазмолеммы:
1. Разграничивающая (барьерная);
2. Антигенная - защитная.
3. Участие в образовании межклеточных контактов.
Виды контактов:
 Простое - сближение клеток синцитий до 15-20 нм (происходит
взаимодействие гликокаликсов соседних клеток).
 Плотное - оболочки максимально сближены, сливаются,
обеспечивают механическое сближение, (миокардиоциты).
 Десмосомы - небольшая площадка до 0,5 мкм.
 Щелевидное соединение (нексус) - 0,5 - 3 мкм, где между
оболочками до 2-3 нм в цитоплазме обоих клеток имеются каналы,
состоящие из белковых комплексов (коннексомы).
 Синапсы - участки контактов двух клеток, специализированных для
односторонней передачи возбуждения или торможения.
 Плазмодесмы - микроскопические цитоплазматические
мостики, соединяющие соседние клетки растений.
4. Рецепторная.
Эту роль выполняют рецепторные белки, а также гликопротеиды, которые
формируют на поверхности мембраны специфические структуры. Пример:
штифтики у рецепторных вкусовых луковиц, «булавы» - у чувствительных
обонятельных клеток и т.д. Существуют специфические рецепторы к
гормонам, медиаторам, антигенам, или к определённым белкам. Есть
рецепторы, отвечающие за взаимное распознавание клеток, развитие
иммунитета. Есть рецепторы, реагирующие на физические факторы,
родопсин - фоторецепторный белок.
5.Транспортная функция.
Различают следующие способы транспорта веществ:
· пассивный транспорт - способ диффузии веществ через плазмолемму
(ионов, некоторых низкомолекулярных веществ) без затраты энергии;
· активный транспорт веществ с помощью белков-переносчиков с
затратой энергии (аминокислот, нуклеотидов и других);
· везикулярный транспорт через посредство везикул (пузырьков),
который подразделяется на эндоцитоз - транспорт веществ в клетку, и
экзоцитоз - транспорт веществ из клетки.
В свою очередь эндоцитоз подразделяется на:
· фагоцитоз - захват и перемещение в клетку крупных частиц (клеток или
фрагментов, бактерий, макромолекул и так далее);
· пиноцитоз - перенос воды и небольших молекул.
6.Участие во внутриклеточном пищеварении.
7. Участие в образовании органелл спецназначения: микроворсинок,
ресничек, жгутиков, псевдоподии при передвижении клетки.
Домашнее задание
1. Выучить конспект
2. Озвучить немой рисунок
3. Выполнить тест
Выберите один правильный ответ.
А1. Строение и функции плазматической мембраны обусловлены входящими
в ее состав молекулами:
1) гликогена и крахмала
2) ДНК и АТФ
3) белков и липидов
4) клетчатки и глюкозы
А2. Плазматическая мембрана не выполняет функцию:
1) транспорта веществ
2) защиты клетки
3) взаимодействие с другими клетками
4) синтеза белка
А3. Углеводы, входящие в структуру клеточной мембраны, выполняют
функцию:
1) транспорта веществ
2) рецепторную
3) образования двойного слоя мембраны
4) фотосинтеза
А4. Белки, входящие в структуру клеточной мембраны выполняют функцию:
1) строительную
2) защитную
3) транспортную
4) все указанные функции
А5. Фагоцитоз – это:
1) поглощение клеткой жидкости
2) захват твердых частиц
3) транспорт веществ через мембрану
4) ускорение биохимических реакций
А6. Гидрофильные поверхности мембран образованы:
1) неполярными хвостами липидов
2) полярными головками липидов
3) белками
4) углеводами
А7. Прохождение через мембрану ионов Na+ и K+ происходит путем:
1) диффузии
2) осмоса
3) активного переноса
4) не осуществляется
А8. Через липидный слой мембраны свободно проходит:
1) вода
2) эфир
3) глюкоза
4) крахмал
Альтернативный тест (оцените каждое утверждение, “да” или “нет”):
1) при активном транспорте затрачивается энергия
2) фагоцитоз – это вид эндоцитоза
3) диффузия – это вид активного транспорта
4) клеточная стенка растений состоит из целлюлозы
5) осмос – это диффузия воды
6) пиноцитоз – это вид фагоцитоза
7) плазмалемма состоит из трех слоев липидов
8) у животной клетки нет клеточной стенки
9) плазмалемма обеспечивает связь клетки со средой обитания
Задания со свободным развернутым ответом
С1. Каково значение эндоцитоза:
а) для простейших и низших беспозвоночных?
б) для высокоорганизованных животных и человека?
С2. Что является физической основой вакуолярного транспорта в клетке?
С3. Каково биологическое значение неровностей поверхности плазмалеммы
некоторых клеток (микроворсинки, реснички и т.п.)?
С4. Электрический скат и электрический угорь оглушают свою жертву
разрядами в несколько сотен вольт. Какие свойства плазмалемм клеток
поддерживают возможность создания таких разрядов?
С5. Как работает функция плазмалеммы по снабжению клетки
“удостоверением личности”?