Постоянные клеточные структуры выполняющие определенные функции

Обязательными структурными элементами бактерий являются: цитоплазма с нуклеоидом и рибосомами, цитогтазматическая мембрана (ЦПМ), клеточная стенка.

Цитоплазма прокариотов в отличие от эукариотов не содержит митохондрий и хлоропластов, аппарата Гольджи, лизосом, эндоплазматической сети. Нуклеоид выполняет в клетке бактерий функцию ядра, т.е. является носителем генетической информации, однако, в отличие от ядра эукариотической клетки, он не имеет ядерной мембраны, не делится митозом. Нуклеоид состоит из замкнутой в кольцо нити ДНК. В генетическом отношении ДНК нуклеоида является единственной бактериальной хромосомой. В связи с этим бактерии имеют гаплоидный набор генов, контроли­рующих все их жизненно важные функции. Органеллы цитоплазмы выявляются при электронной микроскопии.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает снаружи цитоплазму и состоит из тонкого слоя фосфолипидов и белка. Функции ЦПМ: получение энергии в результате биологического окисле­ния, участие в питании посредством активного транспорта веществ, участие в биосинтезе веществ, делении клетки. В состав ЦПМ входят окислительные ферменты, пермеазы, различные биосинтетические ферменты. ЦПМ выявляют при электронной микроскопии.

Клеточная стенка у Гр+ бактерии, как правило, содержит многослойный пептидогликан, который придает клеточной стенке прочность.

Клеточная стенка определяет форму бактерий, служит для механической защиты, участвует в питании за счет диффузии и осмоса. У Гр- бактерий клеточная стенка представлена тонким слоем пептидогликана, покрытого наружной мембраной, в состав которой входят белки, фосфолипиды и липополисахариды (ЛПС). Наружная мембрана клеточной стенки патогенных микробов во многом определяет специфичность их взаимодействия с организмом хозяина и помогает в распознавании близкородственных микробов. По компонентам и структуре клеточной стенки, биохимическим ме­ханизмам ее синтеза бактерии коренным образом отличаются от животных и растений. Поэтому лекарственные препараты, специфически воздействующие, например, на бактериальные стенки, безвредны для высших организмов. Клеточную стенку бактерий выявляют при электронной мик­роскопии, специальным окрашиванием или в опыте плазмолиза.

Необязательные (непостоянные) структурные элементы.

К ним относят; капсулу, спору, включения, жгутики, пили.

Капсула представляет собой поверхностно расположенное слизистое образование, которое по химической природе чаще является полисахаридом. Капсула выполняет защитную функцию, пре­дохраняя клетку во внешней среде от высыхания и других неблагоприятных факторов, а в орга­низме хозяина — от фагоцитоза, бактериолизиса и других реакций, лекарственных препаратов. Бак­терии, образующие капсулу в организме и на питательных средах, называют капсульными (например, клебсиеллы пневмонии). Некоторые бактерии образуют макрокапсулу только в орга­низме (золотистый стафилококк, стрептококк пневмонии, палочка сибирской язвы, возбудитель чумы, туляремии и др.). Многие бактерии образуют микрокапсулу: возбудитель коклюша, пато­генные энтеробактерии и др. Капсулу выявляют методом Бурри-Гинса: бактерии смешивают с ка­плей туши, распределяют их по стеклу виде тонкого мазка и фиксируют. После окрашивания раз­веденным карболовым фуксином в световом микроскопе на серо-коричневом (тушевом) фоне препарата видны красные тела бактерий, окруженные бесцветными зонами капсул.

Споры являются формой существования, предназначенной для сохранения бактерий во внешней среде. В одной бактериальной клетке в течение 12-18 часов формируется 1 спора, которая при благоприятных условиях за 4-6 часов прорастает в I вегетативную клетку. Спорообразующими являются, как правило, Гр+ палочковидные бактерии: те, у которых диаметр споры не превышает поперечный размер клетки, называют бациллами, те, у которых диаметр больше — клостридиями. Устойчивость спор к неблагоприятным физико-химическим воздействиям связана с наличием мно­гослойной оболочки, повышенным содержанием липидов, ионов кальция, магния, вода в связан­ном состоянии. Жизнеспособность спор при обычных условиях может сохраняться в течение деся­тилетий и столетий. Для уничтожения спор применяют методы стерилизации (пар под давлением, горячий воздух и др.). Споры окрашиваются плохо. Для выявления используют сложные методы окраски (по Циль-Нильсону, Ожешке и др.)

Включения. В клетках прокариотов можно обнаружить включения (скопления полисахари­дов, липидов, полифосфатов, серы). У дифтерийной палочки и некоторых других бактерий в цито­плазме обнаруживаются зёрна волютина (полифосфаты), выполняющие функцию запасного веще­ства (источника фосфора и энергии). Включения и цитоплазма по-разному окрашиваются одними и теми же красителями. Например, при окраске уксусно-кислым генцианвиолетом цитоплазма у дифтерийной палочки окрашивается в бледно-фиолетовый цвет, а расположенные по полюсам зер­на волютина — в темно-фиолетовый. Обнаружение зерен волютина имеет диагностическое значение.

Жгутики — являются поверхностными придатками бактериальной клетки, состоят из белка флагеллина и выполняет функцию движения. Наиболее подвижки микробы с 1 жгутиком — монотрихи (холерный вибрион) менее подвижны микробы с пучком жгутиков на одном из полюсов — лофотрихи (синегнойная палочка) или имеющие жгутики на обоих полюсах — амфитрихи; наименее подвижны перитрихи, у которых жгутики расположены по бокам или по, всей поверхности (мно­гие энтеробактерии). В световом микроскопе жгутики не видны. Для их выявления используют прямые методы: электронную микроскопию или специальное окрашивание, позволяющие увели­чить размеры жгутиков, например, за счет наслоения солей тяжелых металлов. С целью косвенного выявления жгутиков изучают подвижность микробных клеток. Для этого готовят нативные препараты (раздавленная или висячая капля), которые микроскопируют в затемненном поле зрения, темнопольном или фазовоконтрастном микроскопах.

Пили также являются поверхностными придатками бактериальной клетки и представляют со­бой тончайшие нити (тоньше и короче жгутиков), состоят из белка пилина. Функцией пилей являются прикрепление к субстрату; они также способствуют контакту клетки — донора с клеткой — реципиентом при конъюгации. Наличие пилей у патогенных микробов во многом определяет их способность вызывать заболевание, т.к. они необходимы для осуществления адгезии (прилипания). Прямое выявление пилей возможно только при электронной микроскопии.

Химический состав бактериальной клетки.

Основными веществами, входящими в ее состав являются: вода(свободная и связанная), нук­леиновые кислоты (ДНК и РНК), белки, углеводы, липиды и минеральные соли. Свободная вода, являясь универсальной дисперсионной средой, участвует в метаболизме, связанная вода — опреде­ляет устойчивость клетки к физическим факторам. Нуклеиновые кислоты являются носителями наследственной информации. Белки входят в состав различных структур бактериальной клетки, являются составной частью ферментов, токсинов, антигенов, определяют отношение к красителям, лекарственным и дезинфицирующим веществам. Углеводы являются источником энергии, и, наря­ду с белками, могут определять специфичность бактерий. Липиды определяют заряд клетки и про­ницаемость мембран, устойчивость к кислотам, щелочам, спиртам, а также токсичность микроба.

источник

1. Клетка — наименьшая единица живого.

2. Клетки всех организмов имеют сходное строение.

3. Новые клетки образуются путем деления материнской клетки.

4. Многоклеточные организмы состоят из клеток, объеди­ненных в ткани и органы, регулируемые нервной, эндокрин­ной и иммунной системами.

Симпласт — многоядерные протоплазматические тяжи (волокна мышц).

Синцитий— соклетие, группа клеток, соединенных цито- плазматическими мостиками.

Клетка — элементарная живая система, состоящая из ядра и цитоплазмы и являющаяся основой развития, стро­ения и функции организма.

Состав цитоплазмы. Цитоплазма включает органеллы, располагающиеся в гиалоплазме.

Гиалоплазма в жидком состоянии — золь, в твердом со­стоянии — гель.

В состав гиалоплазмы входят раствор минеральных со­лей, углеводы, белки, аминокислоты, ферменты. Солей калия больше внутри клетки, меньше — снаружи; соли натрия в ги­алоплазме образуют изотонический раствор (0,9 %). Поэтому если клетку поместить в дистиллированную воду, то она бу­дет набухать; если же ее поместить в гипертонический ра­створ натрия или в концентрированный раствор глюкозы, то она будет сморщиваться.

Функции гиалоплазмы. В гиалоплазме происходят анаэ­робное окисление, самосборка микротубул и микрофиламентов, транспорт субъединиц рибосом и РНК. Гиалоплазма является средой, обеспечивающей жизнедеятельность органелл.

Клеточные мембраны. Клеточные мембраны включают плазмолемму и внутриклеточные мембраны. Все мем­браны, в свою очередь, включают 60 % белков, 40 % липидов. Все мембраны обладают избирательной проницаемостью.

Внутриклеточные мембраны включают липиды: хо­лестерин, сфингомиелины, фосфолипиды. Молекулы липи­дов образуют 2 слоя: 1) гидрофильные головки липидов имеют заряд и обращены к поверхностям мембраны, 2) ги­дрофобные хвосты не имеют заряда и обращены к хвостам второго билипидного слоя. Толщина 10 % углеводов внутри­клеточных мембран составляет 6 нм.

Свойства билипидного слоя: обладает способностью к са­мосборке и к самовосстановлению, обладает текучестью.

Белки мембран состоят из аминокислот. Те участки моле­кул белков, где аминокислоты имеют заряд, обращены к го­ловкам молекул липидов, а где аминокислоты не имеют заря­да — к их хвостам.

По локализации в мембране белки делятся на интеграль­ные, полуинтегральные и примембранные. Интегральные белки погружаются в оба билипидных слоя, полуинтеграль­ные — только в один слой, примембранные — расположены на поверхности билипидного слоя.

Свойства белков мембран заключаются в их способности вращаться вокруг оси, изменять ось вращения и переме­щаться благодаря текучести билипидного слоя.

По функции белки делятся на транспортные, фермент­ные, структурные и рецепторные.

Плазмолемма. Плазмолемма отличается от внутрикле­точных мембран большей толщиной — 10 нм (толщина вну­триклеточных мембран составляет 6 нм). Толщина плазмолеммы увеличена за счет гликокаликса, состоящего из гликолипидов и гликопротеидов. Кнутри плазмолеммы прилежит субплазмолеммальный слой, состоящий из филаментов, включающих сократительные белки (актин, миозин, тропамиазин, альфа-актинин).

Функции плазмолеммы: 1) транспортная: 2) барьерная (отделяет содержимое клетки от окружающей ее среды); 3) рецепторная.

Транспортная функция. Хорошо известно, что через плазмолемму могут транспортироваться микромолекулы, макро­молекулы, микрочастицы и капельки воды. Микромолекулы (ионы, молекулы воды, аминокислоты) могут транспортиро­ваться под влиянием градиента концентрации и против гради­ента концентрации; при транспортировке против градиента концентрации затрачивается энергия, выделяемая при распа­де аденозинтрифосфата (АТФ), — активный транспорт, под влиянием градиента концентрации — пассивный транс­порт; для транспортировки натрия и калия имеется специаль­ная Na + , К + -аденозинтрифосфатаза (АТФаза).

Рецепторная функция. Рецепторы состоят из гликолипидов и гликопротеидов. Они могут быть диффузно рассеяны по поверхности цитолеммы или сконцентрированы в одном ме­сте. При помощи рецепторов клетки узнают друг друга и, объединяясь, формируют ткани; рецепторы захватывают гормоны, антигены, антитела, эритроциты барана и другие вещества; при захвате гормона активируется аденилатциклаза, под влиянием которой синтезируется сигнальная мо­лекула, т. е. циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), кото­рая активирует ферменты клетки. Сигнальной молекулой мо­жет быть кальмодулин.

Поглощение клеткой твердых и жидких частиц называет­ся эндоцитозом. Эндоцитоз подразделяется на фагоцитоз и пиноцитоз.

Фагоцитоз — это поглощение макромолекул и макроча­стиц. Этот процесс складывается из адгезии частицы к плазмолемме, которая затем впячивается внутрь клетки, втяги­вая туда частицу, и, наконец, отшнуровывается. В результате образуется фагосома, состоящая из частицы, окруженной мембраной. Мембрана фагосомы формируется за счет плазмолеммы, т. е. при фагоцитозе происходит расходование плазмолеммы.

Пиноцитоз осуществляется аналогично фагоцитозу, толь­ко вместо плотной частицы захватывается капелька жидко­сти с растворенными в ней веществами, а захваченная ка­пелька называется пиноцитозным пузырьком.

Если через плазмолемму вещества поступают из клетки во внешнюю среду, то это называется экзоцитозом. При экзоцитозе секреторная гранула или остаточное тельце, окруженные мембраной, приближаются к внутренней поверхности плазмолеммы. Мембрана гранулы и плазмолемма сливаются, разрываются, и содержимое гранулы удаляется из клетки, а ее мембрана входит в состав плазмолеммы, т. е. при экзоцитозе плазмолемма как бы пополня­ется за счет мембран гранул.

Соединения клеток. Ткани, состоящие из клеток, не рас­падаются на отдельные клетки, потому что между клетками имеется сеть белков, обладающих адгезивными свойствами; кроме того, между клетками имеются межклеточные контак­ты (junctio intercellularis). Среди этих контактов различают: простые, плотные, адгезивные пояски, десмосомы, щелевидные, по типу замка и межнейрональные синапсы.

Простые контакты (junctio intercellularis simplex) харак­теризуются тем, что плазмолеммы соседних клеток прибли­жаются друг к другу на расстояние 15-20 нм, так что между клетками образуются межклеточные щели. Такие контакты обычно характерны для соединительнотканных клеток.

Плотные контакты, или замыкательные пластинки (zo­nula occludens), характеризуются тем, что цитолеммы клеток плотно прилежат друг к другу, закрывая межклеточные ще­ли; такие контакты характерны для железистой эпителиаль­ной ткани.

Адгезивные пояски (zonula adherens) — парные образова­ния в виде лент, опоясывающие апикальную часть клеток, характерны для однослойных эпителиев. Здесь клетки связа­ны друг с другом интегральными гликопротеидами, к кото­рым со стороны цитоплазмы той и другой клетки примыкает слой примембранных белков.

Десмосомы (desmosoma) характеризуются тем, что между цитолеммами двух клеток имеются слоистые структуры в пределах 0,5 мкм, а с внутренней поверхности плазмолемм напротив них имеется электронно-плотное вещество, прони­занное тончайшими фибриллами. Эти контакты характерны для клеток покровного эпителия. Их функция — механиче­ская связь между клетками.

Щелевидные контакты (nexus) характеризуются тем, что плазмолеммы смежных клеток приближаются друг к другу на расстояние 2-3 нм; в этом месте, занимающем всего около 1 мкм, имеются ионные канальцы, через которые между клетками происходит обмен ионами и молекулами воды. Такие контакты характерны для клеток гладкой мускулатуры и мышечных клеток сердечной мышцы.

Контакты по типу замка (junctio interdigitalis) характе­ризуются тем, что цитолемма одной клетки внедряется во впячивание другой клетки. Эти контакты выполняют функдию механической связи между клетками и характерны для клеток эпителиальной ткани.

Межнейроналъные синапсы (synapsis) связывают нервные клетки или их отростки друг с другом и служат для передачи нервного импульса от клетки к клетке в одном направлении (от пресинаптического полюса к постсинаптическому).

Органеллы клетки. Органеллы — постоянные структуры клетки, выполняющие определенные функции. Органеллы классифицируются на: 1) мембранные и немембранные и 2) постоянные и специальные.

К мембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть (гранулярная и гладкая), комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, митохондрии).

Гранулярная эндоплазматическая сеть (reticulum endoplasmaticum granulosum) представлена мембранами, сфор­мированными в цистерны, канальцы, везикулы, трубочки, покрытые рибосомами. Выполняет функции: синтез белков, транспортная. Гранулярная эндоплазматическая сеть (ЭПС), представленная параллельно расположенными цистернами, размещающимися в определенном месте, называется эргастоплазмой.

Если в клетке хорошо развита гранулярная ЭПС, то в ней активно синтезируются белки на экспорт, ферментные белки.

Гладкая эндоплазматическая сеть (reticulum endoplasmaticum nongranulosum) представлена канальцами, цистернами, везикулами, окруженными мембранами, ли­шенными рибосом. Выполняет функции: синтез углеводов, липидов, стероидных гомонов; дезинтоксикация ядовитых веществ, депонирование ионов Са 2+ в цистернах и транспорт синтезированных веществ.

Комплекс Гольджи (complexus Golgiensis) представлен внутриклеточными мембранами, формирующими цистер­ны, везикулы, канальцы. Несколько параллельно располо­женных цистерн образуют диктиосомы, связанные друг с другом при помощи везикул, канальцев. В железистых клет­ках комплекс Гольджи располагается над ядром, в нервных клетках — вокруг ядра, в хромаффинных клетках мозгового вещества надпочечников — в виде колпачка около ядра; в не­которых клетках комплекс Гольджи диспергирован.

Функции комплекса Гольджи:

1) сегрегация (отделение от гиалоплазмы синтезированных на ЭПС продуктов). Если в образовавшихся в результате сегрегации везикулах содер­жится секрет, то эти везикулы называются секреторными гранулами, если лизосомальные ферменты — лизосомами;

3) восстановление цитолеммы (при выде­лении секреторных гранул их мембрана входит в состав плазмолеммы);

4) модификация (присоединение к поступившим из ЭПС продуктам углеводов и других веществ);

5) участие в формировании лизосом (на гранулярной ЭПС синтезируют­ся лизосомальные ферменты, которые при поступлении в комплекс Гольджи накапливаются в латеральных отделах цистерн, затем эти накопления в виде пузырьков отделяются от цистерн и превращаются в лизосомы).

Лизосомы (lysosomae) — везикулы, окруженные внутри­клеточной мембраной и содержащие протеолитические фер­менты — гидролазы. Маркерным ферментом лизосом являет­ся кислая фосфатаза. Лизосомы классифицируются на: 1) первичные; 2) вторичные и 3) третичные — остаточные тельца (corpusculum residuale). Первичные лизосомы образу­ются при участии гранулярной ЭПС и комплекса Гольджи (см. выше); их диаметр 0,3-0,4 мкм. Вторичные лизосомы об­разуются при слиянии первичных лизосом с фагосомами (фагоцитированными клеткой частицами). В результате взаимодействия ферментов с фагосомой происходит ее рас­щепление до мономеров, которые через мембрану лизосом транспортируются в гиалоплазму.

Если первичные лизосомы сливаются с органеллами клетки (рибосомами, митохондриями и др.), то они называ­ются аутофагосомами. Наличие в клетке большого количе­ства аутофагосом является признаком саморазрушения клетки — метаболический стресс, патология клетки, повреж­дение клетки.

Третичные лизосомы, или остаточные тельца, предста­вляют собой пищеварительные вакуоли, в которых остались продукты, не подвергшиеся разрушению лизосомальными ферментами. Они удаляются из клетки путем экзоцитоза.

1) участие во внутриклеточном пище­варении; наличие в клетке большого количества лизосом яв­ляется признаком того, что эта клетка выполняет фагоцитар­ную функцию;

2) предотвращение гибели клетки. Если в клетке мало или нет лизосом, то она погибает от накопле­ния углеводов и липидов.

Пероксисомы (peroxisoma) представляют собой разновид­ность лизосом. Их диаметр составляет от 0,3 до 1,5 мкм. Фер­менты пероксисом окисляют аминокислоты, в результате че­го образуется перекись водорода, которая является ядом для клетки и расщепляется при помощи пероксидазы этих органелл. Маркерным ферментом пероксисом является каталаза.

Митохондрии (mitochondrie) имеют округлую, чаще вытя­нутую форму, их диаметр составляет 0,3, длина — 0,5 мкм и более. Они окружены двойной мембраной. Между мембра­нами имеется межмембранное пространство. От внутренней мембраны отходят кристы. Между кристами расположен матрикс. В матриксе выявляются тонкие нити (2-3 нм) — митохондриальные ДНК и мелкие гранулы (15-20 нм) — митохондриальные рибосомы.

Функции митохондрий. В митохондриях осуществляется: 1) синтез тринадцати видов митохондриальных белков; 2) об­разование АТФ из органических веществ и 3) фосфорилирование АДФ, в результате чего образуется АТФ.

К немембранным органеплам относятся рибосомы, клеточный центр и микротубулы. Рибосомы (ribosomae) об­разуются в ядрышке ядра, состоят из малой и большой су­бъединиц, имеют размеры 25 Ч 20 Ч 20 нм, включают рибосомные РНК и рибосомные белки. Функция — в рибосомах осуществляется синтез белков. Рибосомы могут либо распо­лагаться на поверхности мембран гранулярной ЭПС, либо свободно располагаться в гиалоплазме, образуя скопле­ния — полисомы. Если в клетке хорошо развита грануляр­ная ЭПС, то эта клетка относится к дифференцированным и синтезирует белки на «экспорт»; если в клетке слабо ра­звита гранулярная ЭПС и много свободных рибосом и поли­сом, то эта клетка малодифференцированная и синтезирует белки для внутреннего употребления.

Клеточный центр (centrosoma, cytocentrum), или диплосома, состоит из 2 центриолей. Одна из центриолей называ­ется материнской, другая — дочерней. Дочерняя центриоль располагается перпендикулярно по отношению к материн­ской. Каждая центриоль диплосомы имеет форму цилиндра шириной около 0,2 и длиной до 0,5 мкм. В состав стенки цен­триолей входят 9 триплетов микротубул (3×9+0). От микротубул отходят спутники (сателлиты). От диплосомы в разных направлениях идут микротубулы, которые в совокупности образуют центросферу.

Перед делением клетки центриоли клеточного центра рас­ходятся к ее полюсам. В таком случае каждая из центриолей становится материнской. К каждой материнской центриоли пристраивается новая, дочерняя, центриоль. Образование дочерней центриоли индуцируется материнской центриолью. Таким образом, в клетке перед делением имеется 2 кле­точных центра.

Функция клеточного центра проявляется в том, что в ин­терфазной клетке материнская центриоль индуцирует:

1) об­разование микротубул, формирующих цитоскелет клетки;

2) в конце интерфазы — образование дочерней центриоли. В делящейся клетке материнская центриоль индуцирует об­разование микротубул веретена деления.

Макротубулы в делящейся клетке входят в состав верете­на деления, в интерфазной клетке образуют цитоскелет, вхо­дят в состав ресничек, жгутиков и стенки центриолей. Внеш­ний диаметр микротубул равен 24 нм, внутренний — около 15 нм, толщина стенки 5 нм. В состав микротубул входят белки-тубулины, из которых образуются кольца, накладываю­щиеся друг на друга. В каждое кольцо входит по 13 субъеди­ниц. Самосборка микротубул происходит в гиалоплазме под влиянием материнской центриоли. При снижении темпера­туры ниже температуры тела самосборка микротрубочек прекращается, а уже образовавшиеся микротубулы начина­ют распадаться, клетка утрачивает свою обычную форму. Распад микротубул происходит и под влиянием колхицина.

1) являются цитоскелетом, сохра­няя определенную форму клетки;

2) участвуют во внутрикле­точном движении;

3) участвуют в движении ресничек и жгу­тиков.

При внутриклеточном движении осуществляется перемещение в гиалоплазме вакуолей, митохондрий и др. Пе­ремещение происходит с участием белков-транслокаторов, которые прикрепляются к транспортируемым структурам, движущимся вдоль микротубул как по рельсам.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9746 — | 7375 — или читать все.

95.83.2.240 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

Органоиды – это постоянные специализированные компоненты цитоплазмы, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции в клетке.

Выделяют две большие группы органелл:

· Органеллы общего значения – обязательны для жизнедеятельности всех клеток:ЭПС, пластинчатый комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы,центросома, пластиды, микротрубочки и микрофиламенты.

ЭПС – мембрана, пронизывающая всю цитоплазму комплексов полостей и каналов, на ЭПС расположены рибосомы, имеющие значение для синтеза белковых молекул. ЭПС содержит ферменты для образования липидов, осуществляет транспорт различных в-в внутри клетки.

Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс)– включает до 20 уплощенных дисковидных полостей. В них органические в-ва подвергаются преобразованиям и транспортируются к различным структурам клетки.

Митохондрии – в них вырабатывается энергия. Самые крупные органоиды клетки. Имеют 2 слоя мембраны – наружный – гладкий, внутренний – шероховатый (складки, кристы)). Митохондрии содержат кольцевидную ДНК, свои рибосомы, РНК, ферменты, участвующие в окислительно-восстановительных процессах.

Рибосомы – многочисленный органоид клетки: 2 субъединицы – большая и малая, сформированные из молекул рибосомальной РНК и белков. Главная из функция – участие в биосинтезе белков

Лизосомы – имеют вид мешочков,пузырьки окруженные одиночной мембраной содержат ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды, т.е. лизососы – пищеварительная система клетки. В случае разрушения мембраны лизосом происходит аутолизис (самопереваривание).

Пластиды – органеллы, характерные только для растительных клеток и встречающиеся во всех живых клетках зеленых растений.

В гиалоплазме имеется сложная сеть микротрубочек и микрофиламентов, которые образуют подмембранный комплекс клетки – ее цитоскелет. Микрофиламенты –это тонкие нити (диаметром 4-7 нм) из сократительных белков (актина, миозина). Они пронизывают цитоплазму и образуют сплетение под плазматической мембраной. В мышечных клетках актин и миозин образуют сократительный комплекс – миофибриллы.

Микрофиламенты принимают участие:

· в изменении формы клеток (например, при амебовидном движении лейкоцитов);

· в процессах экзо- и эндоцитоза;

· в изменении консистенции гиалоплазмы;

· в делении животной клетки (формируют сократительный поясок при делении цитоплазмы).

Микротрубочки -полые цилиндры диаметром 20-30 нм, состоящие в основном из белка тубулина.

· в транспорте веществ внутри клетки;

· в перемещении органоидов, прикрепляясь своими концами к разным структурам или молекулам;

· в формировании веретена деления эукариотических клеток;

· входят в состав ресничек, жгутиков, центриолей.

Центрисома (клеточный центр)– состоит из 2-х центриолей – участвуют в митотическом делении клеток.

· Специальные органеллы –обеспечивают специфические функции – миофибриллы мышечного волокна, нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, микроворсинки эпителиальных клеток, жгутики, реснички.

Большинство органоидов имеет мембранное строение. Среди них выделяют двумембранные (митохондрии, пластиды, ядро) и одномембранные (аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли, пероксисомы). Немембранное строение имеют клеточный центр, рибосомы, органеллы движения клетки – жгутики, реснички, миофибриллы.

Включения – непостоянные структуры, встречающиеся в некоторых клетках в разные периоды их жизни (зерна крахмала, белков, капли секрета).Это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Они выполняют определенные функции, необходимые для жизнедеятельности клетки. Различают трофические, секреторные включения, экскреторные.Трофические включения – это различные запасы питательных веществ. В растительных клетках представлены крахмальными и белковыми зернами, липидными каплями. В животных клетках – капли жира, глыбки гликогена и желток в яйцах. Секреторные включения являются продуктами функционирования желез внутренней секреции (ферменты, гормоны, капельки слюны и др.). Экскреторные включения содержат продукты обмена веществ (ненужные или вредные), подлежащие выведению из клетки и организма (например, мочевая кислота в клетках почек, желчные пигменты в клетках печени, кристаллы оксалата кальция в клетках растений.

3.ЯДРО– открыто в 1831г Р.Брауном.как правило 1 ядро, но встречаются и многоядерные клетки. Некоторые клетки могут в процессе специализации утрачивать свои ядра (Эр) . форма – шаровидная или яйцевидная. Составная часть ядра – ядерная оболочка и кариоплазма(содержит хроматин— хорошо окрашиваемые гранулы и нитевидные структуры, содержит ДНК в комплексе с белками и ядрышки- только в неделящихся клетках- центр образования субчастиц рибосом). Состояние спирализованности дает возможность реализации наследственной информации и удвоения генетического материала. В процессе деления спирализация хроматина увеличивается, что приводит к формированию хромосом. Ядро выполняет важные ф-ции по хранению и использованию наследственной информации, регулирует всю жизнедеятельность клетки в 1866г Эрнст Геккель связал наследственность с ядром.

4.Ядрышко– самая плотная структура ядра, в нем образуются рибосомальные РНК и рибосомы.

источник

Органоиды – постоянные клеточные структуры, имеющие определенное строение, химический состав и выполняющие специфические функции. — презентация

Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемРоман Мишукин

Презентация на тему: » Органоиды – постоянные клеточные структуры, имеющие определенное строение, химический состав и выполняющие специфические функции.» — Транскрипт:

2 Органоиды – постоянные клеточные структуры, имеющие определенное строение, химический состав и выполняющие специфические функции.

3 ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ НЕМЕМБРАННЫЕ МЕМБРАННЫЕ ОдномембранныеДвумембранные Рибосомы Клеточный центр Микротрубочки Микрофиламенты Эндоплазматическая сеть Комплекс Гольджи Лизосомы Вакуоли Митохондрии Пластиды

4 Мембрана. Толщина плазматической мембраны составляет 10нм. Для строения мембран характерна жидкостно-мозаичная модель. Липиды в мембране образуют двойной слой, а белки пронизывают всю ее толщу, погружены на разную глубину, или располагаются на внешней и внутренней мембраны.

5 Функции мембраны Ограничение внутренней среды клетки. Сохранение формы клетки. Защита. Обеспечение поступления веществ в клетку и удаление их из нее.

6 Транспорт веществ через плазматические мембраны при эндоцитозе мембрана образует впячивания, которые затем трансформируются в пузырьки или вакуоли. Различают: 1. фагоцитоз – поглощение твёрдых частиц (например, лейкоцитами крови) 2. пиноцитоз – поглощение жидкостей; экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу; из клеток выводятся непереварившиеся остатки твёрдых частиц и жидкий секрет.

7 Транспорт веществ через плазматические мембраны Эндоцитоз Экзоцитоз

8 Цитоплазма — это часть клетки, находящаяся между плазматической мембраной и ядром. В ней содержится от 60-90% воды. В цитоплазме находятся различные органоиды клетки. Гиалоплазма — основное вещество цитоплазмы. Циклоз –движение цитоплазмы. Функции цитоплазмы: Место расположения органоидов. Обеспечивает протекание химических и физиологических процессов в клетке. Место расположения органоидов. Обеспечивает протекание химических и физиологических процессов в клетке.

9 Эндоплазматическая сеть (ЭПС) Система мембран, образующих канальца, пузырьки, цистерны, трубочки Соединена с ядерной мембраной. Транспорт веществ в клетке Разделение клетки на отсеки ЭПС Гладкая Шероховатая Синтез углеводов Синтез белков и липидов

10 Комплекс Гольджи Функции Накопление органических веществ «Упаковка» органических веществ Выведение органических веществ Образование лизосом Окруженные мембранами полости (цистерны) и связанная с ними система пузырьков.

11 Лизосомы Мембранные пузырьки величиной до 2 мкм заполненные ферментами Участвуют в формировании пищеварительных вакуолей, разрушении крупных молекул клетки, разрушение отмерших органоидов клетки, уничтожение отработавших клеток.

12 Вакуоли Мембранные полости содержащие клеточный сок, могут содержать пигменты Накопление запасных питательных веществ Резервуар воды Поддержание тургорного давления в клетке

13 Митохондрии Двумембранные органоиды продолговатой формы. Внутренняя мембрана образует выросты – кристы. Внутреннее полужидкое содержимое – матрикс, содержит ДНК, РНК и рибосомы. Синтез АТФ Являются энергетическими станциями клеток. Полуавтономные органоиды клетки, способны к самостоятельному делению

14 Пластиды Различают три типа пластид: Хлоропласты – зеленые, осуществляют фотосинтез Хромопласты – цветные, окрашивают части растения (цветки, плоды) Лейкопласты – бесцветные, содержат запасы углеводов

15 Овальные тельца, имеющие форму выпуклой линзы Двумембранные органоиды, наружная мембрана – гладкая, внутренняя – складчатая с гранами В мембранах гран находится пигмент – хлорофилл Содержат ДНК, РНК и рибосомы Осуществляют синтез АТФ и углеводов Хлоропласты

16 Рибосомы Тельца сферической или слегка овальной формы. Большинство прикрепляются к шероховатой ЭПС, часть лежит свободно в цитоплазме Функция – синтез белка

17 Клеточный центр Органоид расположенный вблизи ядра клеток животных и растений (исключение высшие растения) Состоит из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг другу, каждая из которых состоит из белковых микротрубочек Участвует в образовании веретена деления клетки

18 Микротрубочки Полые цилиндрические структуры Образуют цитоскелет клетки, веретено деления, центриоли, жгутики и реснички Микротрубочки обозначены зеленым цветом

19 Реснички и жгутики Выросты цитоплазмы, окружённые плазматичес кой мембраной. Обеспечивают движение клетки.

20 Клеточные включения. Непостоянные структуры цитоплазмы, которые исчезают в процессе жизнедеятельности клетки.

источник

Основные структурные компоненты клетки. Структура и функция цитоплазмы. Органеллы животной и растительной клетки: определение, классификация. Включения: определение, виды

В цитоплазме различают основное вещество (матрикс, гиалоплазма), включения и органеллы. Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между плазмалеммой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Обычный электронный микроскоп не выявляет в нем какой-либо внутренней организации. Белковый состав гиалоплазмы разнообразен. Важнейшие из белков представлены ферментами гликолиза, обмена сахаров, азотистых оснований, аминокислот и липидов. Ряд белков гиалоплазмы служит субъединицами, из которых происходит сборка таких структур, как микротрубочки. Основное вещество цитоплазмы образует истинную внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает взаимодействие их друг с другом. Выполнение матриксом объединяющей, а также каркасной функции может быть связано с выявляемой с помощью сверхмощного

электронного микроскопа микротрабекулярной сети, образованной тонкими фибриллами толщиной 2—3 нм и пронизывающей всю цитоплазму. Через гиалоплазму осуществляется значительный объем внутриклеточных перемещений веществ и структур. Основное вещество цитоплазмы следует рассматривать так же, как сложную коллоидную систему, способную переходить из жидкого состояния в гелеобразное. Органеллы — это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке жизненно важные функции.

Выделяют органеллы общего значения и специальные. Последние в значительном количестве присутствуют в клетках, специализированных к выполнению определенной функции, но в незначительном количестве могут встречаться и в других типах клеток. К ним относят, например, микроворсинки всасывающей поверхности эпителиальной клетки кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, миофибриллы, от которых зависит сокращение мышцы. К органеллам общего значения относят элементы канальцевой и вакуолярной системы в виде шероховатой и гладкой цитоплазматической сети, пластинчатый комплекс, митохондрии, рибосомы и полисомы, лизосомы, пероксисомы,

микрофибриллы и микротрубочки, центриоли клеточного центра. В растительных

клетках выделяют также хлоропласта, в которых происходит фотосинтез.

Канальцевая и вакуолярная системы образованы сообщающимися или отдельными трубчатыми или уплощенными полостями, ограниченными мембранами и распространяющимися по всей цитоплазме клетки. Нередко цистерны имеют пузыревидные расширения. В названной системе выделяют шероховатую и

гладкую цитоплазматическую сети. Особенность строения шероховатой сети состоит в прикреплении к ее мембранам полисом. В силу этого она выполняет функцию синтеза определенной категории белков, преимущественно удаляемых из клетки, например секретируемых клетками желез. В области шероховатой сети происходит образование белков и липидов цитоплазматических мембран, а также их сборка.

Мембраны гладкой цитоплазматической сети лишены полисом. Функционально эта сеть связана с обменом углеводов, жиров и других веществ небелковой природы, например стероидных гормонов (в половых железах, корковом слое надпочечников). По канальцам и цистернам происходит перемещение веществ, в частности секретируемого железистой клеткой материала, от места синтеза в зону упаковки в гранулы.

Рибосома — это округлая рибонуклеопротеиновая частица диаметром 20—30 нм. Она состоит из малой и большой субъединиц, объединение которых происходит в присутствии матричной (информационной) РНК (мРНК). Одна молекула мРНК обычно объединяет несколько рибосом наподобие нитки бус. Такую структуру называют полисомой. Полисомы свободно располагаются в основном веществе цитоплазмы или прикреплены к мембранам шероховатой цитоплазматической сети. В обоих случаях они служат местом активного синтеза белка. Сравнение соотношения количества свободных и прикрепленных к мембранам полисом в эмбриональных недифференцированных и опухолевых клетках, с одной стороны, и в специализированных клетках взрослого организма —с другой, привело к заключению, что на полисомах гиалоплазмы образуются белки для собственных нужд (для «домашнего» пользования) данной клетки, тогда как на полисомах гранулярной сети синтезируются белки, выводимые из клетки и используемые на нужды организма (например, пищеварительные ферменты, белки грудного молока).

Пластинчатый комплекс Голъджи образован совокупностью диктиосом

числом от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч на клетку.

Диктиосома представлена стопкой из 3—12 уплощенных дискообразных цистерн, от краев которых отшнуровываются пузырьки (везикулы). Ограниченные определенным участком расширения цистерн дают более крупные пузырьки (вакуоли). В дифференцированных клетках позвоночных животных и человека диктиосомы обычно собраны в околоядерной зоне цитоплазмы. В пластинчатом комплексе образуются секреторные пузырьки или вакуоли, содержимое которых составляют белки и другие соединения, подлежащие выводу из клетки. В диктиосомах синтезируются полисахариды, а также их комплексы с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды), которые затем можно обнаружить в гликокаликсе клеточной оболочки.

Митохондрии — это структуры округлой или палочковидной, нередко ветвящейся формы.

Оболочка митохондрий состоит из двух мембран, различающихся по химическому составу, набору ферментов и функциям. Внутренняя мембрана образует впячивания листовидной (кристы) или трубчатой (тубулы) формы. Пространство, ограниченное внутренней мембраной, составляет матрикс органеллы. В нем с помощью электронного микроскопа обнаруживаются зерна диаметром 20—40 нм. Они накапливают ионы кальция и магния, а также полисахариды, например гликоген.

Главная функция митохондрий состоит в ферментативном извлечении из определенных химических веществ энергии (путем их окисления) и накоплении энергии в биологически используемой форме (путем синтеза молекул АТФ). В энергетической функции митохондрий активно участвуют компоненты матрикса и внутренняя мембрана. Именно с этой мембраной связаны цепь переноса электронов (окисление) и АТФ-синтетаза, катализирующая сопряженное с окислением фосфорилирование АДФ в АТФ. Среди побочных функций митохондрий можно назвать участие в синтезе стероидных гормонов и

некоторых аминокислот (глутаминовая).

Лизосомы представляют собой пузырьки диаметром обычно 0,2— 0,4 мкм. Их оболочка образована одинарной мембраной, покрытой иногда снаружи волокнистым белковым слоем. Функция лизосом — внутриклеточное переваривание различных химических соединений и структур. Первичными лизосомами называют неактивные органеллы,

вторичными — органеллы, в которых происходит процесс переваривания. Вторичные лизосомы образуются из первичных. Они подразделяются на гетеролизосомы (фаголизосомы) и аутолизосомы (цитолизосомы). В первых переваривается материал, поступающий в клетку извне путем пиноцитоза и фагоцитоза, во вторых разрушаются собственные структуры клетки, завершившие свою функцию. Вторичные лизосомы, в которых процесс переваривания завершен, называют остаточными тельцами (телолизосомы). В них отсутствуют гидролазы и содержится непереваренный материал.

Микротельца составляют сборную группу органелл. Это ограниченные одной

мембраной пузырьки диаметром 0,1—1,5 мкм с мелкозернистым матриксом и

нередко кристаллоидными или аморфными белковыми включениями. К этой группе

относят, в частности, пероксисомы. Они содержат ферменты оксидазы,

катализирующие образование пероксида водорода, который, будучи токсичным,

разрушается затем под действием фермента пероксидазы.

Микротрубочки — трубчатые образования различной длины. Встречаются в свободном состоянии в цитоплазме клеток или как структурные элементы жгутиков, ресничек,

митотического веретена, центриолей. В свободном состоянии микротрубочки выполняют опорную функцию, определяя форму клеток, а также являются факторами направленного

перемещения внутриклеточных компонентов.

Микрофиламентами называют длинные, тонкие образования, иногда образующие пучки и обнаруживаемые по всей цитоплазме. Существует несколько разных типов микрофиламентов. Актиновые микрофиламенты благодаря присутствию в них сократимых белков (актин) рассматривают в качестве структур, обеспечивающих клеточные формы движения, например амебоидные. Им приписывают также каркасную роль и участие в организации внутриклеточных перемещений органелл и участков гиалоплазмы.

Для животных клеток, части клеток растений, грибов и водорослей характерен

клеточный центр, в состав которого входят центриоли. Центриолъ имеет вид «полого» цилиндра. Ее стенка образована 27 микротрубочками, сгруппированными в 9 триплетов. В функцию центриолей входит образование нитей митотического веретена, которые также образованы микротрубочками. Центриоли поляризуют процесс деления клетки, обеспечивая расхождение сестринских хроматид (хромосом) в анафазе митоза.

Включения цитоплазмы — это необязательные компоненты клетки, появляющиеся и исчезающие в зависимости от интенсивности и характера обмена веществ в клетке и от условий существования организма. Включения имеют вид зерен, глыбок, капель, вакуолей, гранул различной величины и формы. Их химическая природа очень разнообразна. В зависимости от функционального назначения включения объединяют в группы:

специальные включения (гемоглобин)

Среди трофических включений (запасных питательных веществ) важную роль играют жиры и углеводы. Белки как трофические включения используются лишь в редких случаях (в яйцеклетках в виде желточных зерен).

Пигментные включения придают клеткам и тканям определенную окраску.

Секреты и инкреты накапливаются в железистых клетках, так как являются специфическими продуктами их функциональной активности.

Экскреты — конечные продукты жизнедеятельности клетки, подлежащие удалению из нее.

Наследственный аппарат клетки; роль ядра и цитоплазмы в передаче наследственной информации. Ядро, его значение для жизнедеятельности клеток, основные компоненты ядра. Цитоплазматическая наследственность: плазмиды и эписомы.

Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и растительных, обособлены от своего окружения оболочкой.

В клетке выделяют ядро и цитоплазму. Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) эукариотической клетки от цитоплазмы с присущими ей многочисленными метаболическими реакциями, а также регуляции двусторонних взаимодействий ядра и цитоплазмы.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных околоядерным (перинуклеарным) пространством. Последнее может сообщаться с канальцами

Ядерная оболочка пронизана порами диаметром 80—90 нм. Область поры или поровый комплекс с диаметром около 120 нм имеет определенное строение, что указывает на сложный механизм регуляции ядерно-цитоплазматических перемещений веществ и структур. Количество пор зависит от функционального состояния клетки. Чем выше синтетическая активность в клетке, тем больше их число. В области порового комплекса начинается так называемая плотная пластинка — белковый слой, подстилающий на всем протяжении внутреннюю мембрану ядерной оболочки. Эта структура выполняет прежде всего опорную функцию, так как при ее наличии форма ядра сохраняется даже в случае разрушения обеих мембран ядерной оболочки. Предполагают также, что закономерная связь с веществом плотной пластинки способствует упорядоченному расположению

хромосом в интерфазном ядре.

Основу ядерного сока, или матрикса, составляют белки. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль в обеспечении нормального функционирования генетического материала. В составе ядерного сока присутствуют нитчатые, или фибриллярные, белки, с которыми связано выполнение опорной функции: в матриксе находятся также первичные продукты транскрипции генетической информации — гетероядерные РНК, которые здесь же подвергаются процессингу, превращаясь в мРНК. Ядрышко представляет собой структуру, в которой происходит образование и

созревание рибосомальных РНК (рРНК). Гены рРНК занимают определенные участки (в зависимости от вида животного) одной или нескольких хромосом — ядрышковые организаторы, в области которых и образуются ядрышки. Такие участки в метафазных хромосомах выглядят как сужения и называются вторичными перетяжками. С помощью электронного микроскопа в ядрышке выявляют нитчатый и зернистый компоненты.

Главная функция ядра – хранение и передача наследственной информации – связана с хромосомами. Каждый вид организма имеет свой набор хромосом: определенное их число, форму и размеры.

Характеризуя наследственный материал клетки в целом, необходимо отменить, что он заключен не только в ядре, но также присутствует в цитоплазме в виде небольших кольцевых фрагментов ДНК – плазмид.

Плазмиды – это широко распространенные в живых клетках внехромосомные генетические элементы, способные существовать и размножаться в клетке автономно от геномной ДНК. Они представляют собой кольцевые молекулы ДНК закрученные в суперспираль. Некоторые плазмиды называют эписомами. Они способны существовать в двух состояниях – автономном и интегрированном (когда плазмида реплицируется в составе хромосом). В соответствии с определенными признаками, кодируемыми плазмидными генами, выделяют следующие группы плазмид:

F-плазмиды (фактор фертильности) отвечают за половой процесс. Контролируют синтез F-пилей, способствующих спариванию бактерий-доноров с бактериями-реципиентами.

R- плазмиды (факторы резистентности) обеспечивают устойчивость бактерий к антибиотика, эти факторы легко распространяются между видами, способными к конъюгации.

Тох-плазмиды (факторы патогенности энтеробактерий). Они так же передаются между бактериями в организме животных и человека.

Со-плазмиды (плазмиды бактериоценогении) кодируют систему бактериоцинов, вызывающих гибель бактерий близких видов.

Плазмиды биодеградации природных и неприродных соединений, необходимых для использования в качестве источников углерода или энергии, что обеспечивает им селективные преимущества перед другими бактериями.

В эукариотических клетках внехромосомная ДНК представлена генетическим аппаратом органелл – митохондрий и пластид. Наследственный материал органелл находится в их матриксе в виде нескольких копий кольцевых молекул ДНК, не связанных с гистонами.

Внехромосомная ДНК составляет лишь небольшую часть наследственного материала эукариотической клетки. Совокупность генов, расположенных в цитоплазматических молекулах ДНК, называют плазмоном. Он определяет особый тип наследования признаков – цитоплазматическое наследование.

Роль хромосом в передаче наследственной информации (косвенные и прямые доказательства). Правила хромосом. Современные представления о строении хромосом. Уровни организации ДНК в хромосомах. Хроматин – как форма существования хромосом: строение и химический состав.

В ядре хромосомы являются материальными носителями информации на клеточном кровне.

Прямыми доказательствами этого являются наследственные болезни, связанные с нарушением числа и структуры хромосом.

Косвенными доказательствами этой функции хромосом являются правила хромосом:

— Правило постоянства числа хромосом. Число хромосом и особенности их строения – видовой признак

— Правило парности хромосом. Число хромосом в соматических клетках всегда четное, это связано с тем, что хромосомы составляют пары, т.к. одна хромосома при половом размножении идет от отцовского организма, а вторая от материнского. Хромосомы, относящиеся к одной паре, одинаковые по величине, форме и расположению центромер называются гамологичными.

— Правило индивидуальности хромосом. Каждая пара хромосом характеризуется своими особенностями. Негомологичные хромосомы всегда имеют ряд отличий.

— Правило непрерывности хромосом. Хромосомы способны к авторепродукции (в результате репликации ДНК). «Дочерние» хромосомы образуются в результате расхождения хроматид материнской хромосомы в анафазу митоза или мейоза 2, что обеспечивает непрерывную передачу наследственной информации при делении клеток.

Компактизация, спирализация или укладка ДНК в хромосому происходит следующим образом: выделяют несколько уровней укладки ДНК в хромосому:

Структурно-функциональной единицей хромосом на молекулярном уровне является – нуклеосома.

Сердцевиной нуклеосомы является октамер из 8 молекул гистоновых белков. Это так называемый «нуклеосомный кор». Молекула ДНК накручивается на октамер. Через линкерный участок связанный с гистоновым белком ДНК переходит на другую нуклеосому, образуя так называемые «бусинки на нитке».Примерно 90 % ДНК входит в состав нуклеосом, а 10 % на линкерные участки между нуклеосомами. Количество нуклеосом в ядре огромно. Этот уровень обеспечивает сверхскручивание ДНК на поверхности гистоновой сердцевины и укорочение ДНК в 7 раз.

Нуклеомерный уровень укладки хроматина обеспечивает сорокократное укорочение ДНК. Как нуклеосомный, так и нуклеомерный уровень уровень компактизации ДНК хроматина осущетвляется за счет гистоновых белков. Нуклеосомная фибрилла скручивается в спираль. Нуклеомерный тип укладки заключается в том, что 8-10 нуклеосом объединяются в нуклеомер («сверхбусина»). В результате такой упаковки образуется хроматиновое волокно, которое подвергается дальнейшей компактизации с уменьшением длины в 100 раз. Все остальные уровни компактизации связаны с укладкой хроматиновых фибрилл в новые структуры, где ведущую роль играют негистоновые белки.

Негистоновые белки связываются с особыми участками ДНК, которая в местах связывания образует большие петли или домены. Петли доменов заякорены на внутреннем поддерживающем матриксе – ламине, которая прилегает к внутренней ядерной мембране. Следующие более высокие уровни компактизации ДНК связаны не с ее дополнительной спирализацией, а с образованием поперечной петельной структуры.

Белки ядерного матрикса формируют не сплошной остов по длине хромосомы, а множество отдельных центров, к которым крепятся петли ДНК, образуя розетки (хромомеры)

Белки образуют в центре хромосомы непрерывный тяж, к которому крепятся петли нуклеомеров. Затем сближенные хромомеры образуют толстые нити. Эти образования называют хромонемы.

И последний уровень структурной организации хроматина – хроматидный. Хромонемы укладываются спирально или петлеобразно, образуя хроматиду.

Метафазная хромосома состоит из двух хроматид, соединенных первичной перетяжкой – центромерой. Таким образом, в результате в результате суперспирализации происходит компактизация ДНК и образование хромосом. Это необходимый этам организации хроматина в подготовке к клеточному делению.

Хроматин, нуклеопротеид клеточного ядра, составляющий основу хромосом. В состав хроматина входят: ДНК (30-40% по массе), гистоны (30-50%), негистоновые белки (4-33%) и РНК. В зависимости от степени конденсации (плотности упаковки) и коррелирующей с ней активности хроматина в интерфазе различают гетерохроматин и эухроматин. Гетерохроматин бывает конститутивный (структурный) и факультативный. Если для факультативного гетерохроматина конденсированное (плотно упакованное) состояние — явление временное, наступающее как следствие инактивации хроматина, например, в ходе развития или дифференцировки, то конститутивный гетерохроматин конденсирован всегда. Функции его неясны.

Эухроматин отличается от гетерохроматина менее плотной упаковкой хромосом.ого материала, большим кол-вом негистоновых белков и др. Может инактивироваться и приобретать свойства факультативного гетерохроматина.

Биологические мембраны: их строение и свойства. Плазмалемма: строение, функция. Клетка как открытая система. Способы проникновения веществ в клетку: сущность, значение в медицине. Пассивный путь проникновения веществ в клетку (осмос, диффузия, фильтрация). Медицинское значение изучения данных процессов в клетке. Активный путь проникновения веществ в клетку («ионный насос», пиноцитоз, фагоцитоз). Их роль для одноклеточных и многоклеточных организмов.

Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндоплазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую пленку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов.

Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда — гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки). Внутри таких белковых молекул имеются каналы — поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки. Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям.

В состав плазматической мембраны эукариотических клеток входят также полисахариды. Их короткие, сильно развлетвленные молекулы ковалентно связаны с белками, образуя гликопротеины, или с липидами (гликолипиды). Полисахаридный слой, покрывающий сверху плазмалемму животных клеток, получил название гликокаликс.

Мембраны — структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях.

Мембраны разных типов клеток существенно различаются как по химическому составу, так и по относительному содержанию в них белков, гликопротеинов, липидов, а следовательно, и по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип клеток поэтому характеризуется индивидуальностью, которая определяется в основном гликопротеинами.

Важнейшим свойством мембраны является также избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом.

Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.

Диффузия —проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации (из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Диффузный транспорт веществ (воды, ионов) осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры, либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).

При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.

Активный транспорт сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Он осуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na-/ К—насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na+ наружу, поглощая при этом ионы К-. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация К- и меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ.

В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg2-и Са2+.

В процессе активного транспорта ионов в клетку через цитоплазматическую мембрану проникают различные сахара, нуклеотиды, аминокислоты.

Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, в отличие от ионов и мономеров. Транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путем — посредством эндоцитоза. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впячивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.

Процесс, обратный эндоцитозу, — экзоцитоз. Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны и др.

Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.

Функции биологических мембран следующие:

Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.

Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.

Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов).

Участвуют в преобразовании энергии.

Жизненный цикл клетки, его периоды, их характеристика, особенности у различных видов клеток. Морфофункциональная характеристика и динамика структуры хромосом в клеточном цикле. Механизм регуляции митотической активности. Понятия о митогенах и митостатиках. Митотический индекс. Категории клеточных комплексов (растущие, обновляющиеся, статические). Главные механизмы митотического цикла, обеспечивающие поддержание генетического гомеостаза. Понятие об апоптозе.

Совокупность процессов, происходящих от образования клетки до ее гибели называется жизненным циклом. Говоря о жизненном цикле необходимо отметить, что в тканях растений и животных всегда есть клетки, которые находятся как бы вне цикла. Их принято называть клетками G0-периода период покоя. Это так называемые покоящиеся, переставшие размножаться клетки. При необходимости такие клетки могут возвращаться «в цикл». Таких клеток много в обновляющихся тканях: песени, костном мозге, эпителии и т.д.

Вторая группа клеток, покидающих «цикл» навсегда – это клетки Gh – перирда – периода дифференцировки. Такие клетки проходят терминальную дифференцировку, выполняют функцию и гибнут.

Однако понятие жизненного цикла более широкое. Совокупность процессов протекающих в клетке от одного деления до другого и само деление называют митотическим циклом.

Митотический цикл – это часть жизненного цила. Длительность его различна для различных организмов. Например, для бактериальных клеток цикл может занимать 20-30 минут. Клетки многоклеточных организмов обладают разной способностью к делению. Если на ранних стадиях развития организма они делятся быстро, то во взрослом организме большей частью теряют эту способность.

В типичном митотическом цикле ЭК выделяют интерфазу и митоз.

Интерфаза состоит из нескольких периодов:

1) пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;

2) синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.

В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохонд-риальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);

3) постсинтетическая (G2). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).

Процесс пролиферации клеток жестко регулируется как самой клеткой, так и ее микроокружением. Нарушение регуляции пролиферации приводит к неограниченному делению клетки, что в свою очередь инициирует развитие онкологического процесса в организме.

Регуляторные факторы, контролирующие размножение клеток можно условно разделить на две группы: экзогенные и эндогенные. Экзогенные факторы находятся в микроокружении клетки и взаимодействуют с поверхностью клетки. Факторы, которые синтезируются самой клеткой и действуют внутри нее, относятся к эндогенным. Такое подразделение весьма условно, поскольку некоторые факторы, будучи эндогенными по отношению к продуцирующей их клетке, могут выходить из нее и действовать как экзогенные регуляторы на другие клетки. Если регуляторные факторы взаимодействуют с теми же клетками, которые их продуцируют, то такой тип контроля называется аутокринным.

Ритмический зависит от внешних факторов (ритма активности, света, температуры) и внутренних (нейрогуморальная регуляция)

Пищевой – полноценное питание стимулирует митотическую активность

Эндокринный – соматотропин, гормоны щитовидной железы

Цитокины, молекулы адгезии

Митогены –акселераторы митоза (стимулируют митоз)

Цитостатики – супрессоры митоза (подавляют митотическую активность)

Для изучения митотической активности и обновления клеточных ком­плексов применены новейшие методы: определение числа ядер, изучение изменения количественного содержания ДНК в ткани; изучение клеточ­ного деления посредством радиоавтографии, т. е. путем включения радио­активных изотопов в ДНК и др.

Применение названных методов позволило разделить все ткани на три категории клеточных комплексов: стабильные, растущие и об­новляющиеся.

В стабильных клеточных комплексах не обнаруживаются митозы и количественное содержание ДНК остается постоянным. К таким клет­кам, которые никогда не делятся (у человека в возрасте старше 7 дней), относятся клетки центральной и периферической нервной системы. Эти клетки сохраняются на протяжении всей жизни, но в них происходят возрастные изменения.

К числу растущих клеточных комплексов относятся такие группы од­нородных клеток, в которых всегда встречаются отдельные клетки, нахо­дящиеся в стадии митоза. Предполагается, что клетки в этих комплексах живут на протяжении всей жизни организма, а за счет вновь образую­щихся клеток происходит увеличение органа. Из таких клеточных ком­плексов состоят почки, надпочечники, щитовидная и поджелудочная же­лезы, скелетные и сердечная мышцы.

Обновляющиеся клеточные комплексы — это группы однородных кле­ток с большим числом митозов. В этих комплексах число вновь образу­ющихся клеток восполняет такое же число систематически погибающих. Примерами обновляющихся комплексов могут служить клетки желу­дочно-кишечного тракта, клетки кожного эпидермиса, ткань семенников и кроветворных органов и др.

Естественная гибель клетки (апоптоз). К сожалению, до сих пор процесс естественной гибели клеток до конца не изучен. Известно, что в клетке из-за блокирования ферментов прекращается синтез белка, а нет белка – нет и жизни. Морфологически апоптоз характеризуется разрушением ядра и цитоплазмы. “Осколки” погибшей клетки поглощаются и перерабатываются специальными клетками иммунной системы – фагоцитами. Но ведь клетки могут погибнуть и под воздействием случайных факторов (механических, химических и любых других). Случайная гибель клеток (а также ткани, органа) в биологии называется некрозом. Важно то, что естественная клеточная гибель (апоптоз) в отличие от некроза не вызывает воспаления в окружающих тканях. Апоптоз не вызывает воспаления в окружающих тканях. В организме запрограммированная клеточная гибель выполняет функцию, противоположную митозу, и, тем самым, регулирует общее число клеток в организме. Апоптоз играет важную роль в защите организма при вирусных инфекциях. В частности, иммунодефицит при ВИЧ-инфекции определяется нарушениями в контроле апоптоза. Теперь, когда мы рассмотрели все этапы жизненного цикла клеток, коротко остановимся на процессах регуляции численности клеток в организме. Во время эмбриогенеза (первого этапа внутриутробного развития) число клеток постоянно возрастает, причем в геометрической прогрессии

Основные способы деления клетки: митоз, мейоз и амитоз. Определение, характеристика процессов и их биологическое значение. Биологическое отличие мейоза от митоза. Митоз и проблемы роста, регенерации, опухолевого роста.

Важнейшим компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл. Он представляет собой комплекс взаимосвязанных и согласованных явлений во время деления клетки, а также до и после него.Митотический цикл — это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток следующей генерации. Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят также период выполнения клеткой своих функций и периоды покоя. В это время дальнейшая клеточная судьба неопределенна: клетка может начать делиться (вступает в митоз) либо начать готовиться к выполнению специфических функций.

Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно — одна незаметно переходит в другую.

В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть — прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n2хр).

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n2хр).

В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (2nlxp).

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n1хр).

К нетипичным формам митоза относятся амитоз, эндомитоз, политения.

1. Амитоз — это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Но иногда перешнуровывается и цитоплазма.

Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, — оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.

2. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где полиплоидные клетки встречаются очень часто. Однако с генетической точки зрения эндомитоз представляет собой геномную соматическую мутацию.

3. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК. Такой тип деления наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых). По-литенные хромосомы дрозофил используются для построения цитологических карт генов в хромосомах.

Биологическое значение митоза.

Оно состоит в том, что митоз обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы.

Митотическое деление клеток лежит в основе всех форм бесполого размножения как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.

При половом размножении дочерний организм возникает в результате слияния двух половых клеток (гамет) и последующего развития из оплодотворенной яйцеклетки — зиготы.

Половые клетки родителей обладают гаплоидным набором (n) хромосом, а в зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n): каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому.

Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления — мейоза.

Мейоз — разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1n). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.

Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр.

Профаза I. Во время профазы происходит обмен генетической информацией между гомологичными хромосомами. Это самая сложная фаза мейоза, которая подразделяется на 5 под фаз.

Лептотена или стадия тонких нитей. Она названа так, потому что благодаря максимальному уплотнению хроматина можно различить отдельные хромосомы в ядре, которые выглядят, как тонкие нити.

Зиготена. Хромосомы объединяются в гомологичные пары. Каждая пара является уникальной по своей форме и расположению перетяжки. Такие пары хромосом называются биваленты. На этой стадии гомологичные хромосомы начинают сближаться по всей длине, образуя синаптонемальный комплекс. Этот процесс похож на застёгивание молнии.

Пахитена. Гомологичные хромосомы начинают избирательно обмениваться генами. Такой процесс носит название кроссинговер.

Диплотена. Синаптонемальный комплекс распадается, хроматин частично теряет свою плотную структуру, хромосомы немного отодвигаются друг от друга, но остаются связанными. Может проходить синтез и-РНК.

Диакинез. Ядерная оболочка растворяется и превращается в визикулы. Хроматин опять уплотняется. Две центромеры, содержащие центриоли расходятся к полюсам клетки — образуется веретено деления. Микротрубочки прикрепляются к кинетохору хромосом.

В метафазе мейоза I биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Содержание генетического материала не изменяется (2п2хр).

В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна — число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.

В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы — образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома — две хроматиды (1n2хр).

Интеркинез — короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.

В профазе мейоза II происходят тс же процессы, что и в профазе митоза. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2хр). В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки, и содержание генетического метериала у каждого полюса становится lnlxp. В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (lnlxp).

Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II — случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости.

Биологическое значение мейоза:

1) является основным этапом гаметогенеза;

2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;

3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.

А так же, биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гамет сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом

Размножение — основное свойство живого. Способы бесполого размножения. Эволюция форм полового размножения (изогамия, анизогамия, оогамия). Определение, сущность, биологическое значение.

Среди многообразных проявлений жизнедеятельности (питание, обустройство местообитания, защита от врагов) размножению принадлежит особая роль. В известном смысле существование организма является подготовкой к выполнению им главной биологической задачи — участию в размножении. В основе способности организмов к размножению лежат определенные клеточные механизмы. Способность к размножению является неотъемлемым свойством живых существ. С его помощью сохраняются во времени биологические виды и жизнь как таковая. Биологическая роль размножения состоит в том, что оно обеспечивает смену поколений. Различия, закономерно проявляющиеся в фенотипах особей разных поколений, делают возможным естественный отбор и, следовательно, эволюцию жизни. Размножение возникло в ходе исторического развития органического мира на самом раннем этапе вместе с клеткой. В процессе биологического размножения наряду со сменой поколений и поддержанием достаточного уровня внутривидовой изменчивости решаются также задачи увеличения числа особей, сохранения складывающихся в эволюции типов структурно-физиологической организации (путем воспроизведения себе подобного). Последнее связано с тем, что при размножении осуществляется передача в ряду поколений генетического материала (ДНК), т.е. определенной, специфичной для данного вида биологической информации.

В зависимости от характера клеточного материала, используемого в целях размножения, выделяют различные способы и формы последнего. Различают два способа размножения: бесполое и половое.

Бесполое размножение — форма размножения, не связанная с обменом генетической информацией между особями — половым процессом.

Деление надвое приводит к возникновению из одного родительского организма двух

дочерних. Оно является преобладающей формой у прокариот и простейших, но встречается и у многоклеточных: продольное у медуз, поперечное у кольчатых червей. Множественное деление (шизогония) встречается среди простейших, в том числе паразитов человека (малярийный плазмодий). При размножении почкованием потомок формируется первоначально как вырост на теле родителя с последующей его отшнуровкой (гидра). Фрагментация заключается в распаде тела многоклеточного организма на части, которые далее превращаются в самостоятельных особей (плоские черви, иглокожие). У видов, размножающихся спорами, дочерний организм развивается из специализированной клетки-споры. В зависимости от формы бесполого размножения потомок развивается либо из одной клетки (спорообразование, шизогония, деление), либо из группы клеток родителя. В последнем случае размножение называют вегетативным. Оно распространено среди растений.

Бесполое размножение наблюдается у животных с относительно низким уровнем структурно-физиологической организации, к которым принадлежат многие

паразиты человека. У паразитов бесполое размножение не только служит

увеличению численности особей, но способствует расселению, помогает пережить

Половое размножение отличается наличием полового процесса, который обеспечивает обмен наследственной информацией и создает условия для возникновения наследственной изменчивости. В нем, как правило, участвуют две особи — женская и мужская, которые образуют гаплоидные женские и мужские половые клетки — гаметы.

Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция.

Конъюгация — своеобразная форма полового процесса, при которой оплодотворение происходит путем взаимного обмена мигрирующими ядрами, перемещающимися из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику, образуемому двумя особями. Копуляция (гаметогамия) — форма полового процесса, при которой две различающиеся по полу клетки — гаметы — сливаются и образуют зиготу. При этом ядра гамет образуют одно ядро зиготы. Различают следующие основные формы гаметогамии: изогамия, анизогамия и оогамия. При изогамии образуются подвижные, морфологически одинаковые гаметы, однако физиологически они различаются на «мужскую» и «женскую». Изогамия встречается у многих водорослей.

При анизогамии (гетерогамии) формируются подвижные, различающиеся морфологически и физиологически гаметы. Такой тип полового процесса характерен для многих водорослей.

В случае оогамии гаметы сильно отличаются друг от друга. Женская гамета — крупная неподвижная яйцеклетка, содержащая большой запас питательных веществ. Мужские гаметы — сперматозоиды —- мелкие, чаще всего подвижные клетки, которые перемещаются с помощью одного или нескольких жгутиков. У семенных растений мужские гаметы — спермии — не имеют жгутиков и доставляются к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки. Оогамия характерна для животных, высших растений и многих грибов.

Половое размножение у простейших и многоклеточных организмов. Гаметогенез: характеристика его периодов. Морфофункциональные особенности половых клеток. Оплодотворение, биологическое значение.

Половое размножение отличается наличием полового процесса, который обеспечивает обмен наследственной информацией и создает условия для возникновения наследственной изменчивости. В нем, как правило, участвуют две особи — женская и мужская, которые образуют гаплоидные женские и мужские половые клетки — гаметы. В результате оплодотворения, т. е. слияния женской и мужской гамет, образуется диплоидная зигота с новой комбинацией наследственных признаков, которая и становится родоначальницей нового организма.

Гаметогенез. Процесс образования и развития гамет называется гаметогенезом. У животных гаметогенез протекает в специальных половых железах — гонадах. Однако, например, у губок и кишечнополостных половые железы отсутствуют и гаметы возникают из различных соматических клеток.

Сперматозоиды и яйцеклетки обычно формируются соответственно особями мужского и женского пола. Биологические виды, у которых все организмы делятся в зависимости от производимых ими клеток на самцов и самок, называются раздельнополыми. Встречаются виды, у которых один и тот же организм может образовывать как мужские, так и женские половые клетки. Такие организмы называются.

Половые клетки в своем развитии претерпевают ряд сложных преобразований. Процесс формирования мужских половых клеток называется сперматогенез, женских — оогенез.

Сперматогенез происходит в мужских половых железах — семенниках. Семенник высших животных состоит из семенных канальцев. В каждом канальце можно обнаружить отдельные зоны, в которых клетки расположены концентрическими кругами. В каждой зоне клетки находятся на соответствующих стадиях развития. Сперматогенез складывается из четырех периодов: размножения, роста, созревания и формирования. По периферии семенного канальца располагается зона размножения. Клетки этой зоны называются сперматогониями. Они усиленно делятся митозом, благодаря чему увеличивается их количество и сам семенник. Период интенсивного деления сперматогониев называется периодом размножения.

После наступления половой зрелости некоторые сперматогонии перемещаются в следующую зону — зону роста, расположенную ближе к просвету канальца. Здесь клетки увеличиваются в размерах за счет возрастания количества цитоплазмы и превращаются в сперматоциты первого порядка (период роста).

Третий период развития мужских гамет называется периодом созревания. В это время сперматоциты первого порядка делятся мейозом. После первого деления образуется два сперматоцита второго порядка, а после второго — четыре сперматиды, имеющие овальную форму и значительно меньшие размеры. Сперматиды перемещаются в зону, ближайшую к просвету канальца (зона формирования). Здесь сперматиды изменяют свою форму и превращаются в зрелые сперматозоиды, которые затем выносятся из семенников по семявыносящим путям.В семенниках формируется огромное количество сперматозоидов. Так, при каждом половом акте у человека наружу выносится около 200 млн. сперматозоидов.

Форма мужских гамет у разных видов животных различна. Наиболее типичны для высших животных сперматозоиды, имеющие головку, шейку и длинный хвост, служащий для активного передвижения. Именно такое строение имеют сперматозоиды человека. Головка содержит ядро и незначительное количество цитоплазмы с органеллами. На переднем конце головки расположена акросома, представляющая собой видоизмененный аппарат Гольджи. В ней содержатся ферменты, растворяющие оболочку яйцеклетки при оплодотворении. В шейке находятся центриоли и митохондрия.

Сперматозоиды не имеют запасов питательных веществ и обычно быстро погибают.

Оогенез происходит в особых железах — яичниках — и включает три периода: размножение, рост и созревание. Период формирования здесь отсутствует.В период размножения интенсивно делятся предшественники половых клеток — оогонии. У млекопитающих этот период заканчивается еще до рождения. К этому времени формируется около 30 тыс. оогониев, которые сохраняются долгие годы без изменения. С наступлением половой зрелости отдельные оогонии периодически вступают в период роста. Клетки увеличиваются, в них накапливается желток — образуются ооциты первого порядка. Каждый ооцит окружается мелкими фолликулярными клетками, обеспечивающими его питание. Затем образуется зрелый ооцит (Граафов пузырек), подходящий к поверхности яичника. Стенка его разрывается, и ооцит первого порядка попадает в брюшную полость и далее в маточную трубу. Ооциты первого порядка вступают в период созревания — они делятся, но в отличие от аналогичного процесса при сперматогенезе здесь образуются клетки, не равные по размерам: при первом делении созревания образуется один ооцит второго порядка и маленькое первое полярное тельце, при втором делении — зрелая яйцеклетка и второе полярное тельце. Такое неравномерное распределение цитоплазмы обеспечивает яйцеклетке получение значительного количества питательных веществ, которые затем используются при развитии зародыша.

Зрелая яйцеклетка, как и сперматозоид, содержит в себе половинное число хромосом, так как в период созревания ооциты первого порядка претерпевают мейоз. Яйцеклетки чаще всего имеют сферическую форму.Они обычно значительно крупнее соматических клеток. Яйцеклеткачеловека, например, имеет в диаметре 150—200 мкм. Особенно больших размеров достигают яйцеклетки животных, эмбриональное развитие которых происходит вне тела матери (яйца птиц, рептилий, амфибий и рыб).

В яйцеклетках содержится ряд веществ, необходимых для формирования зародыша. В первую очередь это питательный материал — желток. В зависимости от количества желтка и характера его распределения различают несколько типов яйцеклеток. Яйцеклетки покрыты оболочками. Оболочки выполняют защитные функции, обеспечивают обмен веществ с окружающей средой, а у плацентарных служат для внедрения зародыша в стенку матки. Процесс, обусловливающий встречу мужских и женских половых клеток у животных, называется осеменением. Различают наружное и внутреннее осеменение.

При наружном осеменении, характерном для большинства водных животных, сперматозоиды и яйцеклетки выделяются в воду, где и происходит их слияние. Для такого осеменения не обязательна непосредственная встреча мужских и женских особей, но необходимо большое количество гамет, так как большая часть их гибнет.

Внутреннее осеменение характерно для обитателей суши, где отсутствуют условия для сохранения и встречи гамет во внешней среде. При таком типе осеменения сперматозоиды вводятся в половые пути самки. Внутреннее осеменение характерно для всех наземных позвоночных (рептилий, птиц, млекопитающих), а также червей, пауков и насекомых. При достижении сперматозоидами яйцеклеток происходит процесс оплодотворения. Осуществляется он следующим образом. При контакте с яйцеклеткой акросома сперматозоида разрывается и ее содержимое высвобождается. Под воздействием ферментов акросомы оболочка яйцеклетки в месте контакта растворяется. Внутренняя поверхность акросомы вытягивается, и формируется акросомальный отросток, который проникает через растворенную зону яйцевых оболочек и сливается с мембраной яйцеклетки. В этом месте из цитоплазмы образуется воспринимающий бугорок. Он захватывает ядро, центриоли и митохондрии сперматозоида и увлекает их внутрь яйцеклетки. Цитоплазматическая мембрана сперматозоида встраивается в мембрану яйцеклетки.

Проникновение сперматозоида в яйцеклетку вызывает отслаивание от яйцеклетки оболочки оплодотворения. Между ней и поверхностью яйцеклетки возникает пространство, заполненное жидкостью. Образование оболочки оплодотворения препятствует проникновению других сперматозоидов в яйцеклетку.

Проникшее в цитоплазму яйцеклетки ядро сперматозоида набухает, достигает величины ядра яйцеклетки. Ядра сближаются и сливаются. Этот момент и есть собственно оплодотворение. В результате из двух гамет образуется одна диплоидная зигота, т. е. восстанавливается диплоидный набор хромосом.

При оплодотворении в яйцеклетку обычно проникает один сперматозоид. Однако у насекомых, рыб, птиц и других животных в яйцеклетку может проникать несколько сперматозоидов. Это явление получило название полиспермии. При этом с ядром яйцеклетки сливается ядро только одного сперматозоида. Ядра других сперматозоидов разрушаются. Тем не менее для оплодотворения требуется участие многих сперматозоидов, так как они выделяют ферменты, обеспечивающие их проникновение в яйцеклетку. Если ферментов недостаточно, оплодотворение не наступает.

ГЕНЕТИКА 21 ВОПРОС

Генетика – как наука: цели, задачи, объекты и методы изучения. Уровни изучения генетических явлений. Основные направления и этапы развития генетики с 1900 года. Роль отечественных и зарубежных ученых. Основные понятия генетики. Значение генетики для медицины.

Генетика – как наука: цели, задачи, объекты и методы изучения. Уровни изучения генетических явлений. Основные направления и этапы развития генетики с 1900 года. Роль отечественных и зарубежных ученых. Основные понятия генетики. Значение генетики для медицины.

Как наука генетика изучает две основные проблемы – наследственность и изменчивость, она пытается объяснить механизмы передачи признаков от родителей к их детям, а также сходство и различия между родственными организмами. Наследственность— это свойственная всем организмам способность передавать свои признаки потомству , что приводит к биологическому сходству между родителями и их потомством, а также обеспечивать возможность индивидуального развития сообразно с постоянно меняющимися условиями среды. Изменчивость представляет собой способность организмов приобретать различного рода изменения. Таким образом, наследственность, будучи консервативной, обеспечивает сохранение признаков и свойств организмов на протяжении многих поколений, а изменчивость обусловливает формирование новых признаков в результате изменения генетической информации или условий внешней среды. Задачи генетики вытекают из установленных общих закономерностей наследственности и изменчивости. К этим задачам относятся исследования: 1) механизмов хранения и передачи генетической информации от родительских форм к дочерним; 2) механизма реализации этой информации в виде признаков и свойств организмов в процессе их индивидуального развития под контролем генов и влиянием условий внешней среды; 3) типов, причин и механизмов изменчивости всех живых существ; 4) взаимосвязи процессов наследственности, изменчивости и отбора как движущих факторов эволюции органического мира.

Генетика является также основой для решения ряда важнейших практических задач. К ним относятся: 1) выбор наиболее эффективных типов гибридизации и способов отбора; 2) управление развитием наследственных признаков с целью получения наиболее значимых для человека результатов; 3) искусственное получение наследственно измененных форм живых организмов; 4) разработка мероприятий по защите живой природы от вредных мутагенных воздействий различных факторов внешней среды и методов борьбы с наследственными болезнями человека, вредителями сельскохозяйственных растений и животных; 5) разработка методов генетической инженерии с целью получения высокоэффективных продуцентов биологически активных соединений, а также для создания принципиально новых технологий в селекции микроорганизмов, растений и животных.

При изучении наследственности и изменчивости на разных уровнях организации живой материи (молекулярный, клеточный, организменный, популяционный) в генетике используют разнообразные методы современной биологии: гибридологический, цитогенетический, биохимический, генеалогический, близнецовый, мутационный и др. Однако среди множества методов изучения закономерностей наследственности центральное место принадлежит гибридологическому методу. Суть его заключается в гибридизации (скрещивании) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам, с последующим анализом потомства. Этот метод позволяет анализировать закономерности наследования и изменчивости отдельных признаков и свойств организма при половом размножении, а также изменчивость генов и их комбинирование. Главной целью генетики всегда было понимание механизмов наследственности, изучение каждого гена в отдельности для определения его функций как строительного элемента, несущего в себе определенный объем наследственной информации. Само собой разумеется, что невозможно провести такие исследования лишь в одном направлении науки. Именно поэтому хромосомная теория наследственности развивалась параллельно несколькими смежными дисциплинами, такими как цитология, молекулярная биология и т.д.Генетика человека, или медицинская генетика, изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных (физических, творческих, интеллектуальных способностей) и патологических признаков, зависимость заболеваний от генетической предопределенности и условий окружающей среды, в том числе от социальных условий жизни. Формирование медицинской генетики началось в 30-е гг. XX в., когда стали появляться факты, подтверждающие, что наследование признаков у человека подчиняется тем же закономерностям, что и у других живых организмов. Задачей медицинской генетики является выявление, изучение, профилактика и лечение наследственных болезней, а также разработка путей предотвращения вредного воздействия факторов среды на наследственность человека. При изучении наследственности и изменчивости человека используют следующие методы:

Генеалогический метод позволяет выяснить родственные связи и проследить наследование нормальных или патологических признаков среди близких и дальних родственников в данной семье на основе составления родословной — генеалогии. Если есть родословные, то, используя суммарные данные по несколь-кям семьям, можно определить тип наследования признака — доминантный или рецессивный, сцепленный с полом или ауто-сомный, атакже его моногенность или полигенность. Генеалогическим методом доказано наследование многих заболеваний, например сахарного диабета, шизофрении, гемофилии и др.

Генеалогический метод используется для диагностики наследственных болезней и медико-генетического консультирования; он позволяет осуществлять генетическую профилактику (предупреждение рождения больного ребенка) и раннюю профилактику наследственных болезней.

Близнецовый метод состоит в изучении развития признаков у близнецов. Он позволяет определять роль генотипа в наследовании сложных признаков, а также оценивать влияние таких факторов, как воспитание, обучение и др.

Цитогенетичесий метод основан на микроскопическом исследовании структуры хромосом у здоровых и больных людей. Цитогенетический контроль применяют при диагностике ряда наследственных заболеваний, связанных с явлениями анеуплои-дии и различными хромосомными перестройками. Он позволяет также изучать старение тканей на основе исследований возрастной динамики структуры клеток, устанавливать мутагенное действие факторов внешней среды на человека и т. д.

Биохимические методы изучения наследственности человека помогают обнаружить ряд заболеваний обмена веществ (углеводного, аминокислотного, липидного и др.) при помощи, например, исследования биологических жидкостей (крови, мочи, амниотической жидкости) путем качественного или количественного анализа. Причиной этих болезней является изменение активности определенных ферментов.

Краткие сведения из истории генетики. Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости, которые относятся к основным свойствам живой материи, всех организмов. Генетика как наука развилась в связи с практическими потребностями. При разведении домашних животных и культурных растений исстари применялась гибридизация, т. е. скрещивание организмов, относящихся к различным видам, породам, сортам или отличающихся друг от друга какими-либо признаками. Сравнивая гибриды с исходными формами, практики давно подметили некоторые особенности наследования признаков.

Основные закономерности преемственности свойств и признаков в поколениях были открыты Г. Менделем (1822-1884). О своих исследованиях он сделал сообщение в 1865 г. на заседании Общества любителей естествознания в г. Брно (Чехословакия). Ставшая впоследствии классической работа Менделя «Опыты над растительными гибридами» была опубликована в трудах того же общества в 1866 г., но в свое время не привлекла внимания современников.

Лишь в 1900г. те же закономерности вновь установили независимо друг от друга Г.де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии. Вскоре благодаря опытам по гибридизации, проведенным с многочисленными объектами, было показано, что открытые Менделем закономерности свойственны всем организмам, растениям и животным. 1900 г. можно считать годом второго рождения генетики.

В начале XX в. по предложению датского ученого И. Иогансена дискретным единицам наследственности было дано название генов.

В 1902 г. Т. Бовери в Германии, Э. Вильсон и Д. Сеттон в США отметили, что в передаче наследственных факторов существует параллелизм в поведении хромосом при формировании половых клеток и оплодотворении. Из этого совпадения вытекало предположение о связи наследственных факторов с хромосомами. Гипотеза оказалась плодотворной и ознаменовала новый этап в изучении явлений наследственности, связанный с синтезом генетики :и цитологии.

Наибольшие успехи в этом направлении были достигнуты школой американского генетика Т.Г. Моргана (1866-1945), сформулировавшего хромосомную теорию наследственности (1911). Школа Моргана доказала, что гены находятся в хромосомах и расположены в них в линейном порядке.

В 30-х годах XX в. определение гена только как части хромосомы уже перестало удовлетворять исследователей. Успехи развития биохимии позволили более точно охарактеризовать материальный субстрат наследственности.

Советский исследователь Н. К. Кольцов (1872-1940) еще в 1928 г. высказал мысль о связи генов с определенным химическим веществом. Он предполагал, что хромосома представляет собой крупную белковую молекулу, отдельные радикалы которой выполняют функцию генов. Н.К. Кольцов считал, что белковые мицеллы способны к самовоспроизведению. Эта теория оказалась ошибочной, но в ней впервые в науке была сделана попытка рассмотреть закономерности наследственности на молекулярном уровне и впервые выдвинута идея об авторепродукции единиц наследственной информации (матричный принцип синтеза макромолекул). В последние десятилетия удалось более глубоко проникнуть в изучение материальных основ наследственности и перейти к выяснению их химической природы.

В 40-х годах Г. Бидл и Е. Татум выяснили, что гены обусловливают образование ферментов, которые, направляя определенным образом клеточный метаболизм, влияют на развитие структур и физиологических свойств организмов (один ген — один фермент).

В 1944 г. О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти на микроорганизмах установили, что передача наследственной информации связана с нуклеиновой кислотой (ДНК). Важную роль в изучении ДНК сыграли исследования советского биохимика А. Н. Белозерского (1905-1972). Еще в 30-е годы он представил данные о том, что ДНК — обязательный компонент хромосом клеток растений и животных, и изучил нуклеотидный состав ДНК многих видов. Дальнейшие исследования явлений наследственности должны были перейти на молекулярный уровень. К началу 40-х годов были предложены принципиально новые методы, позволившие заложить основу молекулярной генетики: электронная микроскопия, метод меченых атомов, рентгено-структурный анализ и др. Молекулярная биология возникла на стыке генетики, микробиологии, биохимии и физики. Исследования физиков сыграли важнейшую роль; так, в начале 50-х годов в лаборатории, руководимой английским физиком М. Уилкинсон, с помощью рентгеновских лучей и математических расчетов были получены рентгенограммы нити ДНК. Американский биохимик Э. Чаргафф открыл правило комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований. На основе сопоставления и анализов этих данных генетики Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. предложили модель макромолекулярной структуры ДНК, имеющей вид двойной спирали. Началось углубленное изучение наследственности на молекулярном уровне.

Таким образом, в истории генетики можно выделить три этапа: первый — изучение явлений наследственности на организменном уровне, второй — на клеточном, третий — на молекулярном. Естественно, что и в настоящее время изучение свойств наследственности на всех уровнях не потеряло своего значения. На изучении генетических закономерностей основана селекция, т.е. создание новых и улучшение прежних пород домашних животных, сортов культурных растений, а также микроорганизмов, используемых в фармацевтической промышленности, медицине, народном хозяйстве.

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 656 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

источник