Структурная организация клеток прокариот и эукариот. Лекция 1

Курс «Биология»
Учебный раздел 1.
Биология клетки
Учебный раздел 2.
Биология развития
Учебный раздел 3.
Основы общей и медицинской генетики
Учебный раздел 4.
Основы общей экологии. Учение о биосфере
Учебный раздел 5.
Паразитология
Учебный раздел 6.
Эволюция органического мира. Эволюционное учение

Рекомендуемые учебные пособия

Структурная организация клеток прокариот и эукариот
Лекция № 1

План
Клеточная теория и ее современное состояние.
Структурная организация клеток прокариот и эукариот
Строение ядра клетки
Химический состав хроматина, уровни укладки молекулы ДНК
Морфология хромосом

Биология (греч. βιολογία — βίος, биос, «жизнь»; др.-греч. λόγος — учение ) – наука о жизни.
Термин введен в 1802 г.
Ж.-Б. Ламарком
Ламарк Жан Батист Пьер Антуан де-Моне (1744-1829) - французский естествоиспытатель-энциклопедист, создавший первую целостную теорию исторического развития живой природы, окончил Парижский университет (1776), член Парижской АН (с 1783 г.), работал в Ботаническом саду в Париже, Музее естественной истории, ввел термины "биология" (1802), "зоология беспозвоночных" (1794) и определил их содеpжание.
Объекты изучения биологии

Биология – комплекс наук о живой природе, о строении, функциях, происхождении, развитии, многообразии и распространении организмов и сообществ, их взаимоотношениях и связях с внешней средой.
общебиологические (цитология, генетика, эволюционное учение и др.)
морфологические (например: анатомия, гистология, патологическая анатомия)
физиологические (физиология растений, животных, нормальная физиология, патологическая физиология)
экологические (биогеография, паразитология)
пограничные (биохимия, биофизика, молекулярная биология, системная биология и др.)

Основная задача биологии –
познание сущности жизни
«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот»
Михаил Владимирович Волькенштейн.
«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой…»
Фридрих Энгельс.

Основные свойства живой материи
Определенный химический состав. (О, С, Н, N, P, Ca, S)
2. Обмен веществ, энергии и информации.
3. Гомеостаз.
4. Раздражимость и возбудимость.
5. Питание, выделение, дыхание, метаболизм, движение.
6.Самовоспроизведение (размножение).
7. Рост и развитие. Смерть.
8. Наследственность и изменчивость.
9. Адаптация (саморегуляция).
10. Дискретность и целостность.
11. Иерархичность.

белки
Элементарный состав живых организмов
липиды
полисахариды
нуклеиновые
кислоты
макромолекулы

Формы жизни
Клеточные
Неклеточные
Прокариоты
Эукариоты
Вирусы
Царства
Животные
Растения
Грибы
Археи
Протисты
Бактерии
Вирусы
Многоклеточные
Одноклеточные

Вирусы
человека и животных
растений (вироиды)
бактерий (бактериофаги)

Прокариоты (доядерные)
Бактерии
Сине-зеленые водоросли
Прокариоты - организмы малых размеров (0,5-5 мкм), лишенные ядра и не имеющие мембранных органоидов.
Наследственный материал представлен одной кольцевой молекулой ДНК - нуклеоидом.
Только одноклеточные организмы.

Уровни организации живой материи
Молекулярный
Субклеточный (органоиды)
Клеточный
Тканевой
Органный
Организменный
Популяционно-видовой
Биогеоценотический
Биосферный

Все живые организмы состоят из клеток. Вне клетки нет жизни.
Клетки всех организмов сходны между собой по строению, химическому составу и свойствам.
Клетка является открытой системой, через которую проходят и преобразуются потоки веществ, энергии и информации.
Клетки могут образовываться только из клеток путем деления.
Клеточное строение всех ныне живущих организмов – свидетельство единства происхождения.
Клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани. Они тотипотентны.
Современная клеточная теория
сформулирована Т. Шванном и М. Шледеном (1839), дополнена Р. Вирховым (1858), данными молекулярной биологии, систематики и т.д.

Клетка является простейшей биологической системой макромолекул, обладающей высокой упорядоченностью, способная к развитию, регенерации и размножению. Это первая динамически устойчивая открытая система.
Клетка – основная структурная, функциональная, генетическая единица организации живого, элементарная живая система.

Клетки прокариот

Эукариоты имеют ядро, окруженное ядерной оболочкой,
генетический материал в виде нитей ДНК в комплексе с гистонами,
мембранные органоиды в цитоплазме.
Размеры клеток 5-100 мкм.
Известны одно- и многоклеточные организмы.
Животные
Растения
Хлоропласты
Эукариоты (ядерные)

Клетка как система
Клетка – это целостная неделимая система, в которой можно выделить ряд связанных между собой подсистем с определенными функциями: мембраны, цитозоль, ядро, митохондрии и др., работающих согласованно.
Для жизни клетке необходимо постоянно взаимодействовать с окружающей средой, обмениваясь материей, энергией и информацией.

Жидкостно-мозаичная модель строения мембраны С. Сингера и Г. Николсона (1972).
Барьерно-рецепторно-транспортная система клетки
Фосфолипид

Функции биологических мембран
барьерная – мембраны ограничивают цитоплазму от межклеточного пространства, а клеточные органеллы от цитоплазмы, предохраняют клетку от проникновения большинства веществ,
транспортная – обеспечивают избирательную проницаемость веществ, создание трансмембранного потенциала,
рецепторная – рецепторы мембран воспринимают химические сигналы от гормонов, медиаторов и др. и обуславливают способность изменять метаболическую активность клетки,
межклеточное узнавание – клетки способны узнавать себе подобных и удерживаться вместе.
образование межклеточных контактов – участвуют во взаимодействии клеток и образовании тканей,
структурная – обеспечивают образование органелл и протекание множества разнонаправленных метаболических процессов.

Виды транспорта
Na+/K+ -насос

Осмос

Транспорт в мембранной упаковке
Экзоцитоз – процесс обратный пиноцитозу

Схема строения животной клетки
центросома
вакуоль
лизосома
ядро
кариоплазма
кариолемма
ядрышки
плазматическая мембрана
аппарат Гольджи
пиноцитозный пузырек
цитоплазма
центриоли
микроворсинки
рибосомы
микротрубочки
митохондрия
пиноцитоз
вакуоль
гладкий
эндоплазматический ретикулум
лизосома
шероховатый эндоплазматический ретикулум
митохондрия
микрофиламент

Цитоплазма
Гиалоплазма -
Система основного промежуточного обмена.
Органоиды
Включения

гиалоплазма
90% воды
белки
аминокислоты
нуклеотиды
ионы неорганических соединений

Органоиды
Постоянные структуры цитоплазмы, имеющие определенное строение и выполняющие в клетке определенные функции.
Мембранные:
одномембранные,
двумембранные
Общего назначения
Специального назначения
Немембранные

Схема строения животной клетки
центросома
вакуоль
лизосома
ядро
кариоплазма
кариолемма
ядрышки
плазматическая мембрана
аппарат Гольджи
пиноцитозный пузырек
цитоплазма
центриоли
микроворсинки
рибосомы
микротрубочки
митохондрия
пиноцитоз
вакуоль
гладкий
эндоплазматический ретикулум
лизосома
шероховатый эндоплазматический ретикулум
митохондрия
микрофиламент

Вакуолярная система внутриклеточного транспорта клетки
Эндоплазматическая сеть
Гладкая (агранулярная)
Шероховатая (гранулярная) –
есть рибосомы

Функции эндоплазматической сети
транспортировка всех веществ в клетке,
компартментализация цитоплазмы - способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке,
синтетическая: на гранулярной ЭПС происходит синтез белков, на гладкой – синтез липидов, стероидных гормонов и углеводов,
отчленяющиеся от ЭПС пузырьки представляют исходный материал для других одномембранных органоидов: аппарата Гольджи, лизосом, пероксисом и вакуолей.

Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс)

Функции аппарата Гольджи
концентрирование веществ, благодаря дегидратации (обезвоживанию),
сортировка и упаковка,
образование комплексных соединений (гликозилирование),
формирование первичных лизосом, пероксисом, вакуолей и секреторных гранул.

Лизосомы
Протеазы
Нуклеазы
Липазы
Гидролазы

Вторичная лизосома= Эндосома
Классификация лизосом
Первичная лизосома
Аутофагосома
=аутофагирующая вакуоль
Фаголизосома
=пищеварительная вакуоль
Остаточное тельце

Функции лизосом
Внутриклеточное пищеварение,
Аутолиз и разрушение остатков органоидов
Участие в процессах инволюции, т.е. обратном развитии тканей, например, матки после родов, утрате хвоста у головастиков лягушек и т.д.
Участие в защитных реакциях клетки (переваривание и обезвреживание чужеродных веществ, микробов, поглощенных путем фагоцитоза)

Пероксисомы
Глиоксисомы
растений

Митохондрии
Органеллы энергообеспечения клетки-
место синтеза АТФ

Хлоропласт
Пластиды
Система синтеза АТФ и фотосинтеза
пропластида лейкопласт хлоропласт
амилопласт хромопласт

Фотосинтезирующая система хлоропласта

Рибосомы
Элементарные клеточные
машины синтеза белка

Цитоскелет – опорно-двигательная система клетки
Центриоли

Микротрубочки – тончайшие трубочки, стенки которых образованы белком тубулином.
Микрофиламенты – тонкие белковые нити, состоят из белка актина. Участвуют в образовании нитей веретена деления и цитоскелета.
Микротрубочки, промежуточные филаменты,
микрофиламенты

Участвуют в движении клеток.
Тонкие цилиндрические выросты цитоплазмы, состоят из микротрубочек и покрыты цитоплазматической мембраной.
Жгутики отличаются от ресничек длиной.
У основания ресничек и жгутиков лежат базальные тельца.
Микроворсинки, реснички, жгутики

Включения
Относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, не имеют мембраны
продукты, подлежащие выведению из организма - секреторные (инсулин в клетках поджелудочной железы),
экскреторные (мочевая и щавелевая кислоты),
запасные питательные вещества (гликоген, крахмал, белки, жиры, углеводы),
пигменты (меланин, гемоглобин).

Включения
Капля жира
Зерна крахмала

Основные различия растительной и животной клетки