Положения СКТ

Цитологические основы наследственности

Лекция №2

1. Цитологические основы наследования. Передача генетического материала.

2. Строение и функции эукариотической клетки

3. Основные виды деления эукариотической клетки. Клеточный цикл.

4. Строение и функции метафазных хромосом человека

5. Кариотип человека

6. Генетические механизмы преемственности наследственных свойств: митоз, мейоз. Биологическое значение мейоза. Патология митоза.

7. Развитие сперматозоидов и яйцеклеток у человека.

Первое описание клеток сделано в 1665г англичанином Р. Гукком. с того времени накопилось огромное кол-во сведений об их структуре и функциях у различных живых организмов. Т.Шванн в 1838г сформулировал клеточную теорию. А в 1855г Р.Вирхов расширил эту теорию.Это позволило в 20в. создать современную клеточную теорию:

1. клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица. Все живые организмы, кроме вирусов и фагов, состоят из клеток. Клетки Ж и Р сходны по строению, хим.составу, принципам жизнедеятельности. Клетки имеют малые размеры о 0,01 до 0,1мм

2. клетка – элементарная ед. развития живого. Каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской). Все живые организмы развиваются из 1 или групп клеток

3. клетка – функциональная ед. в многоклеточном организме. Клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют органы и ткани. Различают соматические (клетки тела) и генеративные (половые)

4. клетка – элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

В зависимости от структурных особенностей клетки делятся на прокатиотические (бактерии и СЗ водоросли- предъядерные) и эукариотические – имеют более высокоразвитые живые организмы – грибы, растения, животные в т.ч. и человек. Особенности: наличие ядра с ядерной оболочкой и цитоплазмы с органоидами.

1. Плазматическая мембрана (клеточная мембрана) – отделяет клетку от окружающей среды, с её помощью взаимодействует с окр.средой и другими клетками. Состоит из 2-х слоев липидов, гидрофильные части обращены к внешним сторонам, а гидрофобные участки – внутрь. Там же могут располагаться молекулы белков (снаружи, внутри или пронизывают мембрану насквозь). На наружной поверхности билипидного слоя имеются также и углеводы в виде гликолипидов или гликопротеидов. В животных клетках углев.компонент плазматической мембраны наз-ся гликокаликсом .

Функции плазматической мембраны:

Регуляция обмена в-в между клеткой и окр.средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава

Обладая избирательной проницаемостью мембрана ограничивает или исключает доступ в клетку одним в-вам и пропускает другие

Сохраняет форму клетки, защищая её от повреждений

Участвует в формировании контактов с другими клетками

· Через мембрану молекулярные частицы могут перемещаться путем пассивного транспорта без затраты энергии (простая диффузия, осмос или с помощью белков-переносчиков) и

· активного транспорта – позволяет накачивать в клетку молекулы против градиента концентрации и затратой энергии

2. внутреннее содержимое клетки – цитоплазма (гиалоплазма, матрикс) – состоит из основного в-ва и разнообразных структур: коллоидная масса – вода + органические и неорганические в-ва, способна менять вязкость. В основном в-ве протекают биохим. процессы.

Включения – непостоянные структуры, встречающиеся в некоторых клетках в разные периоды их жизни (зерна крахмала, белков, капли секрета)

3. органоиды – постоянные компоненты клетки, имеющие специфические функции – ЭПС, пластинчатый комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы, микротрубочки, центрисома, микрофиламенты

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

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

6. Разделение макромолекул до простых соединений осуществляется влизосомах – пузырьках, окруженных одиночной мембраной, содержащей набор ферментов. С их помощью клетка получает сырье для химических и энергетических процессов.

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

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

9. Аппарат Гольджи – его функция – транспорт веществ и химическая модификация поступающих в него клеточных продуктов.

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

11. Микротрубочки и микрофиламенты – сократительные белки, имеющие нитевидную структуру. Располагаются вдоль всей цитоплазмы клетки. Формируют цитоскелет, организуют движение органоидов, перемещение хромосом при делении клетки.

12. Пероксисомы – тельца овальной формы, содержат фермены окисления аминокислот и каталазу. При метаболизме а/к образуется н2о2, а каталаз выполняет защитную функцию, т.к. н2о2 является токсичным соединением для клетки.

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

14. Специализированные органоиды – обеспечивают специфические функции – миофибриллы мышечного волокна, нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, микроворсинки эпителиальных клеток.

15. 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.

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

Хим.состав клетки: О2 -65-75%, углерод -15-16%, н2- 8-10% азот -1,5-3% фосфор – 0,2-1% хлор – 0,05-0,1% и др. м/элементы

Типы клеточной организации

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический.

Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме; мембранные органеллы отсутствуют (их функцию выполняют различные впячивания плазматической мембраны); в цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. К прокариотам относят бактерии.

Большинство современных живых организмов относится к одному из трех царств – растений, грибов или животных, объединяемых в надцарство эукариот.

В зависимости от количества, из которых состоят организмы, последние делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной единственной клетки, выполняющей все функции. Многие из этих клеток устроены гораздо сложнее, чем клетке многоклеточного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшие, некоторые зеленые водоросли и грибы.

Основу структурной организации клетки составляют биологические мембраны. Мембраны состоят из белков и липидов. В состав мембран входят также углеводы в виде гликолипидов и гликопротеинов, располагающихся на внешней поверхности мембраны. Набор белков и углеводов на поверхности мембраны каждой клетки специфичен и определяет её «паспортные» данные. Мембраны обладают свойством избирательной проницаемости, также свойством самопроизвольного восстановления целостности структуры. Они составляют основу клеточной оболочки, формируют ряд клеточных структур.

Строение эукариотической клетки

1 - фосфолипиды;
2 - холестерин;
3 - интегральный белок;
4 - олигосахаридная боковая цепь.

Электронограмма клеточного центра (две центриоли в конце G 1 -периода клеточного цикла):

Электронограмма клеточного центра (две центриоли в конце G 1 -периода клеточного цикла):
1 - центриоли в поперечном сечении;
2 - центриоли в продольном сечении.

1 - цистерны;
2 - везикулы (пузырьки);
3 - крупная вакуоль.

Типичная эукариотическая клетка состоит из трех компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка

Снаружи клетка окружена оболочкой, основу которой составляет плазматическая мембрана, или плазмалемма (см. рис. 2), имеющая типичное строение и толщину 7,5 нм.

Клеточная оболочка выполняет важные и весьма разнообразные функции: определяет и поддерживает форму клетки; защищает клетку от механических воздействий проникновения повреждающих биологических агентов; осуществляет рецепцию многих молекулярных сигналов (например, гормонов); ограничивает внутреннее содержимое клетки; регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава; участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических выпячивании цитоплазмы (микроворсинок, ресничек, жгутиков).

Углеродный компонент в мембране животных клеток называется гликокаликсом.

Обмен веществ между клеткой и окружающей ее средой происходит постоянно. Механизмы транспорта веществ в клетку и из нее зависят от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы транспортируются клеткой непосредственно через мембрану в форме активного и пассивного транспорта.

В зависимости от вида и направления различают эндоцитоз и экзоцитоз.

Поглощение и выделение твердых и крупных частиц получило соответственно названия фагоцитоз и обратный фагоцитоз, жидких или растворенных частичек – пиноцитоз и обратный пиноцитоз.

Цитоплазма. Органоиды и включения

Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки и состоит из гиалоплазмы и находящихся в нем разнообразных внутриклеточных структур.

Гиалоплазма (матрикс) – это водный раствор неорганических и органических веществ, способный изменять свою вязкость и находящиеся в постоянном движении. Способность к движению или, течению цитоплазмы, называют циклозом.

Матрикс – это активная среда, в которой протекают многие физические и химические процессы и которая объединяет все элементы клетки в единую систему.

Цитоплазматические структуры клетки представлены включениями и органоидами. Включения – относительно непостоянные, встречающиеся в клетках некоторых типов в определенные моменты жизнедеятельности, например, в качестве запаса питательных веществ (зерна крахмала, белков, капли гликогена) или продуктов подлежащих выделению из клетки. Органоиды – постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющим специфическую структуру и выполняющим жизненно важную функцию.

К мембранным органоидам эукариотической клетки относят эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды.

Эндоплазматическая сеть . Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа - гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.

Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети - участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.

На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются н каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки.

Аппарат Гольджи . Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клетках растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.

В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей. Все эти элементы составляют единый комплекс.

Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической деятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.

Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растений содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос» - нить, «хондрион» - зерно, гранула).

Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат. «криста» - гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных.

Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основная функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.

Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.

Лизосомы . Представляют собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмы каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль, внутри которой находится пищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания пищевой частицы, поступают в цитоплазму и используются клеткой.

Обладая способностью к активному перевариванию пищевых веществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности частей клеток, целых клеток и органов. Образование новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по каналам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которого формируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.

Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые - хлоропласты; красные, оранжевые и желтые - хромопласты; бесцветные - лейкопласты.

Обязательными для большинства клеток являются также органоиды, не имеющие мембранного строения . К ним относятся рибосомы, микрофиламенты, микротрубочки, клеточный центр.

Рибосомы . Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой.

В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом - это синтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляются. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.

Микротрубочки и микрофиламенты – нитевидные структуры, состоящие из различных сократительных белков и обуславливающие двигательные функции клетки. Микротрубочки имеют вид полых цилиндров, стенки которых состоят из белков – тубулинов. Микрофиламенты представляют собой очень тонкие, длинные, нитевидные структуры, состоящие из актина и миозина.

Микротрубочки и микрофиламенты пронизывают всю цитоплазму клетки, формируя её цитоскелет, обуславливают циклоз, внутриклеточные перемещения органелл, расхождение хромосом при делении ядерного материала и т.д.

Клеточный центр (центросома) . В клетках животных вблизи ядра находится органоид, который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца - центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления.

В процессе эволюций разные клетки приспосабливались к обитанию в различных условиях и выполнению специфических функции. Это требовало наличия в них особых органоидах, которые называют специализированными в отличие от рассмотренных выше органоидов общего назначения. К их числу относят сократительные вакуоли простейших, миофибриллы мышечного волокна, нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, микроворсинки эпителиальных клеток, реснички и жгутики некоторых простейших.

Ядро – наиболее важный компонент эукариотических клеток. Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (у ряда простейших, в скелетных мышцах позвоночных). Некоторые высоко специализированные клетки утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих, например).

Ядро, как правило, имеет шаровидную или овальную форму, реже может быть сегментированным или веретеновидном. В состав ядра входят ядерная оболочка и кариоплазма, содержащая хроматин (хромосомы) и ядрышки.

Ядерная оболочка образована двумя мембранами (наружной и внутренней) и содержит многочисленные поры, через которые между ядром и цитоплазмой происходит обмен различными веществами.

Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобразный раствор, в котором находятся разнообразные белки, нуклеотиды, ионы, а также хромосомы и ядрышко.

Ядрышко – небольшое округлое тельце, интенсивно окрашивающееся и обнаруживающееся в ядрах неделящихся клеток. Функция ядрышка – синтез рРНК и соединение их с белками, т.е. сборка субчастиц рибосом.

Хроматин – специфически окрашивающиеся некоторыми красителями глыбки, гранулы и нитчатые структуры, образованные молекулами ДНК в комплексе с белками. Различные участки молекул ДНК в составе хроматина обладает разной степенью спирализации, а потому различаются интенсивностью окраски и характером генетической активности. Хроматин представляет собой форму существования генетического материала в неделящихся клетках и обеспечивает возможность удвоение и реализации заключенной в нем информации. В процессе деления клеток происходит спирализация ДНК и хроматиновые структуры образуют хромосомы.

Хромосомы – плотные, интенсивно окрашивающиеся структуры, которые являются единицами морфологической организации генетического материала и обеспечивают его точное распределение при делении клетки.

Число хромосом в клетках каждого биологического вида постоянно. Обычно в ядрах клеток тела (соматических) хромосомы представлены парами, в половых клетках они не парны. Одинарный набор хромосом в половых клетках называют гаплоидным (n), набор хромосом в соматических клетках диплоидным (2n). Хромосомы разных организмов различаются размерами и формой.

Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, величиной и формой хромосом, называют кариотипом. В хромосомном наборе соматических клеток парные хромосомы называют гомологичными, хромосомы из разных пар - негомологичными. Гомологичные хромосомы одинаковы по размерам, форме, составу (одна унаследована от материнского, другая – от отцовского организма). Хромосомы в составе кариотипа делят также на аутосомы, или неполовые хромосомы, одинаковые у особей мужского и женского, и гетерохромосомы, или половые хромосомы, участвующие в определении пола и различающиеся у самцов и самок. Кариотип человека представлен 46 хромосомами (23 пары): 44 аутосомы и 2 половые хромосомы (у женского пола две одинаковые X-хромосомы, у мужского – X- и Y- хромосомы).

Ядро осуществляет хранение и реализацию генетической информации, управление процессом биосинтеза белка, а через белки – всеми другими процессами жизнедеятельности. Ядро участвует в репликации и распределении наследственной информации между дочерними клетками, а следовательно, и в регуляции клеточного деления и процессов развития организма.

К прокариотам относятся архебактерии, бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты - одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз. Размеры клеток не более 10 мкм, обычно 0,5-3 мкм, отсутствует клеточный центр, отсутствует большинство органелл, отсутствующие органеллы заменяет выросты цитоплазматической мембраны- мезосомы , отсутствует циклоз – движение цитоплазмы, рибосомы прокариотической клетки существенно отличаются от рибосом эукариот, отсутствует ядро (есть кольцевая молекула ДНК единственной хромосомы, лишенная белков-гистонов). К прокариотам относят архебактерии (наиболее древние), истинные бактерии и сине-зеленые водоросли. Среди прокариотов есть аэробы, анаэробы, автотрофы и гетеротрофы. Прокариоты определяют границы жизни на Земле, обеспечивают круговорот многих веществ в природе.

2.Общий план строения эукариотической животной клетки

Эукариотические клетки имеют структурно оформленное ядро, возникли на базе прокариотических клеток благодаря эндосимбиозу разных прокариотических клеток. Размеры эукариотических клеток тканей животных и растений варьируют от 10 до 100 мкм. Основные компоненты – оболочка, цитоплазма, морфологически оформленное ядро. Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах ядра.

3. Системы жизнеобеспечения клетки

САМОСОХРАНЕНИЕ (система мембран), САМОРЕГУЛЯЦИЯ (система получения и превращения энергии), САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ (репликация, транскрипция и трансляция), Система мембран (цитоплазматическая мембрана, мембранные органеллы). Система авторепродукции (воспроизведение себе подобных) включает ДНК, РНК, рибосомы, множество ферментов. Система получения и трансформации энергии: митохондрии и хлоропласты.

4. Строение и функции цитоплазматической мембраны

1. Фосфолипидный бислой (заряженные «головки» – снаружи, незаряженные хвосты – внутри).

2. Белки (ферменты, рецепторы, переносчики и др.) встроены в фосфолипидный остов.

3. Снаружи к мембране примыкают липиды (липопротеиды) и углеводы (гликопротеиды), изнутри – белки.

Гликокаликс образован комплексами полисахаридов с белками – гликопретеинами и жирами – гликолипидами. Процентное содержание компонентов мембраны: белков в мембране колеблется от 40 до 70%, липидов – от 25 до 60%, углеводов – от 5 до 10%.

Функции цитоплазматической мембраны: защитная, регуляция проникновения веществ в клетку (К + /Na + -насос), рецепторная функция – восприятие сигналов, антигенная функция (гликопротеиды мембран являются антигенами (эритроцитарные антигены – группы крови), электрогенная.

Компартментация – это разделения на ячейки, отличные деталями химического состава.

5. Транспорт различных веществ через цитоплазматическую мембрану. Механизмы транспорта.

Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану:

Диффузия – проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации (из области высшей концентрации в область низшей). Диффузный транспорт веществ осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры (вода, ионы), либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).

Облегченная диффузия – специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану.

Активный транспорт – этот механизм 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 выкачивающий ионы Na наружу, поглощая при этом ионы К+.

Пассивный транспорт :

Эндоцитоз - транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую за счет выпячивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров. Эндоцитоз разделяют на фагоцитоз (захват и поглощение твердых частиц) и пиноцитоз (поглощение жидкости). Путем эндоцитоза осуществляется питание гетеротрофных протистов, защитные реакции организмов (лейкоциты поглощают чужеродные частицы) и др.

Экзоцитоз – (экзо - наружу) 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. Так выделяются пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.

Лекция №2

Цитологические основы наследственности

Цитологические основы наследования. Передача генетического материала.

Строение и функции эукариотической клетки

Основные виды деления эукариотической клетки. Клеточный цикл.

Строение и функции метафазных хромосом человека

Кариотип человека

Генетические механизмы преемственности наследственных свойств: митоз, мейоз. Биологическое значение мейоза. Патология митоза.

Развитие сперматозоидов и яйцеклеток у человека.

Положения СКТ

клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица. Все живые организмы, кроме вирусов и фагов, состоят из клеток. Клетки Ж и Р сходны по строению, хим.составу, принципам жизнедеятельности. Клетки имеют малые размеры о 0,01 до 0,1мм

клетка – элементарная ед. развития живого. Каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской). Все живые организмы развиваются из 1 или групп клеток

клетка – функциональная ед. в многоклеточном организме. Клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют органы и ткани. Различают соматические (клетки тела) и генеративные (половые)

клетка – элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Основные компоненты Эукариотической клетки

Плазматическая мембрана (клеточная мембрана) – отделяет клетку от окружающей среды, с её помощью взаимодействует с окр.средой и другими клетками. Состоит из 2-х слоев липидов, гидрофильные части обращены к внешним сторонам, а гидрофобные участки – внутрь. Там же могут располагаться молекулы белков (снаружи, внутри или пронизывают мембрану насквозь). На наружной поверхности билипидного слоя имеются также и углеводы в виде гликолипидов или гликопротеидов. В животных клетках углев.компонент плазматической мембраны наз-ся гликокаликсом .

Функции плазматической мембраны:

Регуляция обмена в-в между клеткой и окр.средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава

Сохраняет форму клетки, защищая её от повреждений

Участвует в формировании контактов с другими клетками

Через мембрану молекулярные частицы могут перемещаться путем пассивного транспорта без затраты энергии (простая диффузия, осмос или с помощью белков-переносчиков) и

активного транспорта – позволяет накачивать в клетку молекулы против градиента концентрации и затратой энергии

внутреннее содержимое клетки – цитоплазма (гиалоплазма, матрикс) – состоит из основного в-ва и разнообразных структур: коллоидная масса – вода + органические и неорганические в-ва, способна менять вязкость. В основном в-ве протекают биохим. процессы.

органоиды – постоянные компоненты клетки, имеющие специфические функции – ЭПС, пластинчатый комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы, микротрубочки, центрисома, микрофиламенты

ЭПС – мембрана, пронизывающая всю цитоплазму комплексов полостей и канало.. на ЭПС расположены рибособы, имеющие значение для синтеза белковых молекул. ЭДС 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

Разделение макромолекул до простых соединений осуществляется в лизосомах – пузырьках, окруженных одиночной мембраной, содержащей набор ферментов. С их помощью клетка получает сырье для химических и энергетических процессов.

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

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

Аппарат Гольджи – его функция – транспорт веществ и химическая модификация поступающих в него клеточных продуктов.

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

Микротрубочки и микрофиламенты – сократительные белки, имеющие нитевидную структуру. Располагаются вдоль всей цитоплазмы клетки. Формируют цитоскелет, организуют движение органоидов, перемещение хромосом при делении клетки.

Пероксисомы – тельца овальной формы, содержат фермены окисления аминокислот и каталазу. При метаболизме а/к образуется н2о2, а каталаз выполняет защитную функцию, т.к. н2о2 является токсичным соединением для клетки.

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

Специализированные органоиды – обеспечивают специфические функции – миофибриллы мышечного волокна, нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, микроворсинки эпителиальных клеток.

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.

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

Хим.состав клетки: О2 -65-75%, углерод -15-16%, н2- 8-10% азот -1,5-3% фосфор – 0,2-1% хлор – 0,05-0,1% и др. м/элементы

Органеллы эукариотических клеток

Прокариотическая клетка не имеет внутренних перегородок. Она состоит как бы из одного отсека, отграниченного от внешней среды плазматической мембраной. У эукариотической клетки таких отсеков несколько, т. е. эти клетки разделены на различные, окруженные мембранами области (компартменты). Комплименты эукариотической клетки называются органами. Органеллы специализируются на выполнении различных функций. Разделение клетки на компартменты, возможно, является следствием больших размеров современной эукариотической клетки: в среднем она больше бактериальной в 10 - 30 раз. При этом принципиально важными оказываются два момента:

Увеличение объема клетки сопровождается существенно меньшим увеличением площади поверхности ее плазматической мембраны, тогда как именно на мембранах протекают многие важнейшие метаболические процессы;

С увеличением объема клетки затрудняется координация ее метаболизма, в частности рациональное распределение по объему множества катаболических и анаболических процессов, «доставка» нужных веществ в нужное место.

Формирование компартментов позволяет пространственно разделить «блоки» метаболизма.

В цитозоле любой (не только растительной) современной эукариотической клетки находятся следующие органеллы:

1) ядро - содержит основную часть генома и является местом синтеза ДНК и РНК;

2) эндоплазматический ретикулум (ЭР) - место синтеза большинства липидов клетки, а также белков, предназначенных для органелл или секреции;

3) аппарат Гольджи (АГ)- место сортировки и модификации белков и липидов, получаемых от эндоплазматического ретикулума;

4) митохондрии - «энергетические станции клетки», основное место синтеза АТФ, имеют собственный геном и белоксинтезирующую систему;

5) пероксисомы - здесь происходят многие окислительные процессы;

6) лизосомы (в растительных клетках - литические вакуоли) - место компартментации литических ферментов.

Растительная клетка наряду с этими органеллами обязательно содержит:

1) пластиды - органеллы, выполняющие различные функции в зависимости от типа клетки, в которой находятся; основная функция - фотосинтез; имеют собственный геном и белоксинтезирующую систему;

2) вакуоли - органеллы, выполняющие несколько функций, в том числе литические (литические вакуоли) и запасающие (запасающие вакуоли).

Классификацию органелл эукариотической клетки целесообразно построить на предполагаемой схеме ее эволюции. Практически доказано, что митохондрии и пластиды имеют симбиотическое происхождение, т. е. являются потомками микроорганизмов, «захваченных» предшественником эукариотической клетки. При этом внешняя мембрана пластид и митохондрий соответствует плазматической мембране «хозяйской» клетки, внутренняя - плазматической мембране захваченной бактерии, а строма пластид и матрикс митохондрий - бактериальной цитоплазме (рис. 1).

Происхождение ядра менее ясно. Скорее всего, двухслойная ядерная оболочка образовалась из глубокого впячивания плазматической мембраны. В результате часть цитоплазмы оказалась изолированной от остального пространства клетки. Следовательно, внутреннее пространство ядра происходит из цитозоля и при определенных условиях эти пространства могут объединиться (иногда для обозначения подобных пространств применяют математический термин «топологически эквивалентные пространства»). Известно, что во время митоза у высших эукариот ядерная оболочка разрушается и содержимое ядра полностью смешивается с цитозолем. Этого не происходит ни с одной другой мембранной органеллой.

Эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и вакуоли образовались, по-видимому, также за счет впячивания плазматической мембраны с последующим «отшнуровыванием». Если это верно, то внутренняя поверхность мембран этих органелл должна быть топологически эквивалентна внешней поверхности плазмалеммы. Это справедливо для ЭР, АГ, вакуолей и многих промежуточных везикул, участвующих в эндоцитозе, экзоцитозе и транспортных процессах между этими органеллами.

Рис. 1. Схема предполагаемого эволюционного происхождения ядра и хлоропластов (пластид):

А - происхождение ядра и ЭР; Б - происхождение пластид

Пероксисомы представляются «потомками» древних органелл, возникших для защиты клеток от кислорода, накопившегося в атмосфере в результате оксигенного фотосинтеза.

Исходя из сказанного основные внутриклеточные компартменты эукариотической клетки можно разделить на пять групп:

1) ядро и цитозоль - разделены мембраной, выполняют разные функции, но топологически эквивалентны;

2) митохондрии;

3) пластиды (только в растительной клетке;

4) пероксисомы;

5) эндомембранная система клетки - остальные мембранные органеллы: ЭР, аппарат Гольджи, вакуоли (в растительных клетках), лизосомы (в животных клетках), транспортные везикулы.

Целесообразность объединения последней группы органелл в одну систему вытекает не только из эволюционной схемы, но и по функциональным признакам, о которых будет сказано позже.

Транспорт и сортировка белков в эукариотической клетке

С возникновением компартментов эукариотическая клетка получает не только очевидные преимущества, но и ряд проблем. Одна из них связана с необходимостью сортировки и доставки нужных соединений в определенные органеллы. Прежде всего это касается белков. Судьба синтезированных белков различна и зависит от мест их последующего функционирования. Существуют два магистральных пути транспорта белков, которые начинаются в разных местах цитоплазмы (рис. 2).

Рис. 2. Схема двух путей транспорта белков в растительной клетке.

Цифры - сигналы сортировки белков, описанные в табл. 1;- путь, не требующий специального сигнала сортировки

Первая транспортная ветвь обеспечивает белками пластиды, митохондрии, ядро и пероксисомы, т. е. все компартменты клетки, кроме органелл эндомембранной системы. Синтез этих белков происходит на свободных рибосомах цитозоля. Белки, предназначенные для транспорта, содержат сигналы сортировки, направляющие их в соответствующие органеллы. Подобными сигналами обычно служат один или несколько участков белка, которые называют сигнальными или лидерными пептидами. В мембране органеллы находится специальный белок-транслокатор, который «узнает» сигнальный пептид. Молекула транспортируемого белка должна развернуться, чтобы подобно нитке развернувшегося клубка «продеться» через «игольное ушко» белка-транслокатора. В табл. 1 представлены некоторые характеристики различных сигналов сортировки в растительной клетке. Этот путь транспорта белков иногда называют цитозольным. Следует отметить, что большинство белков, синтезируемых на свободных рибосомах цитозоля, не имеют сигналов сортировки и остаются в цитозоле в качестве постоянных компонентов.

Другая транспортная ветвь используется для секретируемых белков, а также для белков, предназначенных для органелл эндомембранной системы и плазматической мембраны. Синтез этих белков также начинается на рибосомах цитозоля, но после инициации трансляции рибосомы прикрепляются к мембране ЭР, при этом формируется шероховатый ЭР. Образующиеся белки переносятся в ЭР по мере их синтеза, т. е. котрансляционно. Это означает, что очередной участок полипептидной цепи сразу после синтеза пересекает мембрану ЭР. Некоторые из белков попадают в просвет ЭР, другие закрепляются в мембране и становятся трансмембранными белками ЭР. Эту транспортную ветвь часто называют секреторным путем клетки.

Таблица 1. Сигнальные последовательности для транспорта белков в растительной клетке (цифры в скобках - пути транспорта, показанные на рис. 2)

Целевая органелла

Сигнальная

последовательность

Характеристика

Хлоропласта: строма (9)

люмен и мембраны тилакоидов (9)

Митохондрии: матрикс (8)

внутренняя мембрана, межмембранное пространство (8)

Пероксисомы(6)

Сигнальный пептид секреторного пути (1)

Эндоплазматический ретикулум (2)

Вакуоль (3,4)

N-концевой лидерный пептид («стромальный»)

Два последовательных N-концевых лидерных пептида

N-концевой пресиквенс

Два последовательных N-концевых пресиквенса

Сигналы пероксисомальной локализации PTS1 и PTS2

Сигналы ядерной локализации NLS.

Не отщепляются после переноса белка в ядро

N-концевой лидерный пептид

Сигнал локализации в ЭР

Сигналы локализации в вакуолях: NTPP, СТРР, внутрибелковый сигнал

Последовательность из 40-50 аминокислот

Первый пептид - «стромальный», второй - «люменальный»

Формирует положительно заряженную амфипатическую а -петлю

Первый пресиквенс - как для белков матрикса, второй состоит из остатков гидрофобных аминокислот

PTS1 - С-концевой трипептид - Ser-Lys-Leu

PTS2 локализован на N-конце

NLS типа 1: Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-

NLS типа 2: две последовательности, разделенные спенсером NLS типа 3: Lys-Ile-Pro-Ile-Lys

10-15 остатков гидрофобных аминокислот, формирующих а-спираль

С-концевой тетрапептид KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu)

NTPP - N-концевой сигнал:

СТРР - С-концевой сигнал

Две ветви транспорта различаются схемой транспортировки. Пути цитозольного транспорта белков параллельны, т. е. из цитозоля белки сразу направляются в нужную органеллу. С момента высвобождения белка в цитозоль до поступления его в органеллу проходит не больше 1 - 2 мин.

Транспорт белков по секреторному пути происходит последовательно - от органеллы к органелле. До достижения конечного пункта белок может побывать в нескольких органеллах (ЭР, разные отделы АГ). Путь от мембраны ЭР до места назначения может занять десятки и даже сотни минут. В процессе переноса белки могут претерпевать значительные модификации (прежде всего в АГ). На заключительных этапах транспорт может происходить параллельно: в вакуоль, периплазматическое пространство или в плазмалемму.

И наконец, два пути транспорта белков различаются по механизму переноса молекул. Для цитозольного пути возможен только мономолекулярный механизм транспорта белков, при котором каждая молекула белка индивидуально пересекает мембрану через соответствующий транслокатор. Для секреторного пути характерен везикулярный механизм транспорта белковых молекул, который опосредован транспортными пузырьками (везикулами). Везикулы отшнуровываются от одного компартмента, при этом происходит захват определенных молекул из его полости. Затем везикулы сливаются с другим компартментом, доставляя в него свое содержимое. При везикулярном транспорте белки не пересекают никаких мембран, транспорт возможен только между топологически эквивалентными компартментами. Везикулярный механизм транспорта избирательно контролируется с помощью специальных белков, выполняющих функции сигналов сортировки. В транспортный пузырек белок попадает, если его сигнал сортировки связывается с рецептором на мембране везикулы. В настоящее время в составе белков установлены лишь некоторые сигналы сортировки, большинство комплементарных им мембранных рецепторов остаются пока неизвестными.

Используемая литература: Физиология растений: Учебник для стул, вузов / Н.Д. Алехина,
Ф504 10. В. Балнокин. В.Ф. Гаврилснко и Др.; Под ред. И. П. Ермакова. -
М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 640 с.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Функции эукариотов. Привет студент