Лекция по общей биологии

Лекция № 7 Тема:  Клетка   как   элементарная   биологическая   система.   Клеточная теория. Строение и функции клетки. Поверхностный аппарат клетки. Базовые понятия и термины: клетка, клеточный уровень организации жизни, клеточная теория, микроскопия, центрифугирование, метод меченых атомов, метод культуры клеток, прокариоты, эукариоты, ядро, органеллы, клеточная стенка,   микрофотографии, микропрепараты.   животные,   бактерии,   грибы,   растения, План лекции:  1. Клеточная теория Шлейденна­Швайнна. 2.Основные современные методы цитологии. Их характеристика. 3.Основные   органеллы   клеток   эукариот,   особенности   строения, биологические функции.             4. Поверхностный аппарат клетки. Содержание лекции: 1.История изучения клетки Клетку открыл  Роберт Гук  – английский физик. Гук увидел ячейки (это были клетки стенки), которые напомнили ему монастырские кельи, и он назвал их английским словам catll (клетка).    Основные положения теории Шлейденна­Швайнна (1838 ­  1839):                                ­ клетка ­ основная единица строения, функционирования  и развития всех живых организмов;  ­   клетки   всех   одноклеточных   и   многоклеточных   организмов   сходны (гомологичны)   по   своему   строению,   химическому   составу,   основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;    ­ размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;  ­   в   сложных   многоклеточных   организмах   клетки   специализированы   по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые   тесно   взаимосвязаны   и   подчинены   нервной   и   гуморальной регуляциям.  В 1859 году Рудольф Вирхов доказал, что клетки возникают лишь из клеток­предшественников.   Это   все   привело   к   тому,   что   в   конце   19   века цитология стала самостоятельной наукой.                      2.Основными   методами   современной   цитологии   являются такие: • • Оптическая микроскопия  Электронная микроскопия • • • • • Окрашивание клетки   Микротомированне   Центрифугирование  Метод меченых атомов  Метод культуры клеток Метод исследований   Приборы и средства,     Оптическая          микроскопия   Электронная  микроскопия которые используются             Оптический микроскоп, бинокуляр, фазово­контрастный   микроскоп, люминесцентный микроскоп, темнопольный микроскоп   Трансмиссийнный электронный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп Окрашивание      Красители и фиксирующие вещества      клеток      Микротоми­      рование      Центрифуги­        рование         Метод    меченых      атомов       Метод   культуры     клеток Микротомы Центрифуги Радиоактивные изотопы, приборы для радиоавтографии Ламинарии, питательные среды Результат методов         использования               во   Метод   позволяет   исследовать форму   и   размеры   клеток, наибольшие   клеточные   структуры, органеллы   движения,   капсулы,   и слизевые слои Метод   позволяет   исследовать ультраструктуру   клеток   и   все   их органеллы, поверхностные структуры клеток и межклеточные контакты позволяет Метод окрашивать дифференциальное отдельные структуры или клетку в целом для получения качественного изображения время микрокопирования    Метод   позволяет   изготовить ультратонкие   препараты   для   их исследования   с   помощью   всех разновидностей     и трансмиссийного электронного микроскопов    Метод   позволяет   разделить содержимое клеток на фракции по форме   и   размерам   отдельных компонентов   для   дальнейшего отдельного   исследования   каждой из фракций      Метод позволяет отследить путь веществ   внутри   клетки,   механизмы обмена   веществ,   исследовать функции отдельных органелл Метод   позволяет   выращивать определенные   типы   клеток   и отслеживать   их   реакции   на действие   внешних   и   внутренних факторов светового 3.  Основные органеллы клеток эукариот, особенности строения,   биологические функции.            Клетка­  элементарная   единица   живых   организмов   (за   исключением вирусов). Клетка одноклеточных организмов представляет собой целостный организм. Все многоклеточные организмы состоят из огромного количества клеток, объединенных в ткани и органы.   Специфические функции в клетке распределены между органоидами – внутриклеточными   структурами.  Клетки  эукариот  (растений,   животных   и грибов) имеют ядро. Клетки прокариот (бактерий и архей) устроены проще, чем клетки эукариот, и не имеют ядра.  Характерным признаком, по которым клетки живых организмов можно разделить на два основных типа, является наличие в клетке ядра. Именно поэтому   живые   организмы   разделяют   на   эукариоты   и   прокариоты.   Этот признак хорошо видно с помощью светового микроскопа.  Прокариотическая клетка  Не имеют оформленного ядра.  Наследственная информация передается через молекулу ДНК, которая образует нуклеотид.  Функции органоидов выполняют ограниченные мембранами полости.   Бактерии и Сине –  зеленые водоросли.      Эукариотическая клетка  Есть четко оформленные ядра, имеющие собственную оболочку.   Ядерная ДНК у них заключена в хромосомы.   В   цитоплазме   имеются   различные   органоиды,   выполняющие специфические функции.  Царство Грибов, Растений и Животных.    Особенности про­ и эукариот:    Мембранные   органеллы   в   цитоплазме   отсутствующие, Цитоплазма прокариот представлена полужидким цитозолем, в котором расположены   одиночные   рибосомы,   и   нуклеидом   (кольцевой   молекулой ДНК).   но плазматическая мембрана клетки может образовывать выпячивания, которые выполняют разнообразные функции. Средний размер клеток прокариот — от 0,1 до 10 мкм. Известно,   что   клетки   являются   достаточно   разнообразными,   их разнообразие   настолько   большое,   что   сначала,   рассматривая   клетки   в микроскоп, ученые не замечали в них похожие черты или свойства. Но потом выяснили,   что   за   всем   многообразием   клеток   кроется   их   принципиальное единство, общие для них проявления жизни.     К   органеллам,   которые   есть   в   любой   клетке,   принадлежат   также рибосомы, на которых происходит синтез белка.     Единство строения всех клеток является подтверждением единства живого мира.  Строение клеток эукариот.   Эукариоты  — это организмы, клетки которых, в отличие от клеток прокариот, имеют ядро. Ядро — это наибольшая органелла эукариотической клетки,   в   которой   хранится   и   из   которой   переписывается   наследственная  Хромосома  —   это   гигантская информация,   записанная   в   хромосомах. молекула ДНК, интегрированная с белками.            В ядре содержится ядрышко — место, где образуются другие важные органеллы, которые берут участие в синтезе белка, ­ рибосомы. Но рибосомы лишь формируются в ядре, а работают они (то есть синтезируют белок) в цитоплазме.   Часть   из   них   находится   в   цитоплазме   свободно,   а   часть прикрепляется   к   мембранам,  которые   образуют   сетку,   которая   называется   органеллы. эндоплазматической. Эндоплазматическая   сеть   —   это   сеть   канальцев,   ограниченных мембранами.   Существует   два   типа   эндоплазматической   сети:   гладкая   и гранулярная.   На   мембранах   гранулярной   эндоплазматической   сети расположены рибосомы, потому в ней происходит синтез и транспортировка белков.   А   гладкая   эндоплазматическая   сеть   —   это   место   синтеза   и транспортирования углеводов и липидов. На ней рибосом нет.   Рибосомы   —   немембранные Для синтеза белков, углеводов, и жиров необходима энергия, которую в эукариотической   клетке   производят   «энергетические   станции»   клетки   — митохондрии.  Митохондрии  —   двумембранные   органеллы,   в   которых осуществляется   процесс   клеточного   дыхания.   На   мембранах   митохондрий окисляются органические соединения, и накапливается химическая энергия в виде особенных энергетических молекул (АТФ). В   клетке   также   есть   место,   где   органические   соединения   могут накапливаться   и   откуда   они   могут   транспортироваться,   —   это   аппарат Гольджи, система плоских мембранных мешочков. Он принимает участие в транспортировании   белков,   липидов,   углеводов.   В   аппарате   Гольджи образуются также органеллы внутриклеточного пищеварения — лизосомы. Лизосомы  —   одномембранные   органеллы,   которые   являются характерными   для   клеток   животных,   содержат   ферменты,   которые   могут расщеплять белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды.   Все   органеллы   клетки   работают   совместно,   принимая   участие   в процессах обмена веществ и энергии. В   клетке   могут   быть   органеллы,   которые   не   имеют   мембранного строения,   например,   рибосомы   и   цитоскелет.  Цитоскелет  —   это   опорно­ двигательная система клетки, которая включает микрофиламенты, реснички, жгутики,   клеточный   центр,   который   продуцирует   микротрубочки   и центриоли.   Существуют   органеллы,  характерные  только  для  клеток  растений, ­ пластиды.  Пластиды   бывают   трех   типов:   хлоропласты,   хромопласты   и лейкопласты.   В   хлоропластах,   как   вы   уже   знаете,   происходит   процесс фотосинтеза.          вакуоли В   клетках   растений   есть   также  —   продукты жизнедеятельности   клетки,   которая   является   резервуарами   воды   и растворенных в ней соединений.   К эукариотическим организмам принадлежат растения, животные и грибы.    Строение клеток прокариот. Прокариоты—       одноклеточные   организмы,   в   клетках   которых   нет оформленного ядра и многих других органелл, которые есть у эукариот. Для всех  прокариотических  клеток характерными являются  малые размеры (не более чем 10 мкм), сохранение генетического материала в форме кольцевой молекулы ДНК (нуклеоида). К прокариотическим организмам принадлежат бактерии   и   цианобактерии,   которые   раньше   называли   сине­зелеными водорослями. Если у прокариот происходит процесс аэробного дыхания, то для этого используются специальные выпячивания плазматической мембраны —  мезосомы.  Если   бактерии   фотосинтезируют,   то   процесс   фотосинтеза происходит на фотосинтетических мембранах — тилакоидах.  Синтез белка у прокариот происходит на рибосомах, но они меньшие за размерами, чем рибосомы эукариот. В прокариотической клетке мало органелл, ни одна из них не имеет двумембранного строения, внутренние мембраны случаются редко. Если они есть, то на них происходят процессы дыхания или фотосинтеза.  Важнейшее   отличие   эукариотических   от прокариотических   заключается   в   более   совершенной   системе   регуляции генома.   Этому   способствовало   появление   клеточного   ядра:   участок активного   обмена   веществ   —   цитоплазма   —   отделилась   от   участка сохранения, передачи и реализации генетической информации.    В итоге у эукариотических организмов резко повысилась способность   организмов адаптироваться   к   переменчивым   условиям   среды, наследственных изменений в геноме.   без   внесения        4.  Поверхностный аппарат клетки. Прокариотические   клетки   состоят   из   поверхностного   аппарата   и цитоплазмы.   В   состав   поверхностного   аппарата   обычно   входят плазматические   мембраны   и   клетка   стенки.   Но   у   некоторых прокариотических   организмов   клеточная   стенка   может   отсутствовать.   Как дополнительные элементы поверхностного аппарата у прокариот могут быть бактериальные   жгутики,   слизистые   капсулы   и   разнообразные   выросты плазматической мембраны. В отличие от прокариот, эукариотические организмы имеют сложную структуру   клетки.   Их   поверхностный   аппарат   кроме   плазматической мембраны   содержит   надмембранный   и   подмембранный   комплексы. Некоторые   группы   эукариот   имеют   клеточные   стенки.   У   эукариотических организмов   также   есть   поверхностные   структуры,   которые   обеспечивают движение клеток. Внутренняя   составляющая   клетки   эукариот   содержит   три   важные группы   органелл,   отсутствующие   у   прокариотических   организмов: неклеточные   органеллы,   одномембранные   органеллы   и   двумембранные органеллы. Сложная   внутренняя   структура   клетки,  наличие   цитоскелета,  ядра   и мембранных   органелл,   позволяют   эукариотическим   клеткам   достигать намного  больших  размеров.  Средний  размер   клетки  эукариот –  около  100 мкм.   Кроме   того,   они   приобрели   способность   образовывать   стойкие комплексы   клеток   с  распределением  функциональных   обязанностей   между отдельными   клетками.   Это   привело   к   возникновению   настоящей многоклеточности   и   появления   больших   за   размерами   организмов   – животных, растений и грибов. В чем же клетки одинаковы?  Содержимое   любой   клетки   отделено   от   внешней   среды   особенной   Эта структурой   —  плазматической   мембраной   (плазмалеммой). отделенность позволяет создавать внутри клетки совсем особенную среду, не похожую на то, что ее окружает. Поэтому в клетки могут происходить те процессы,   которые   не   происходят   больше   нигде,   их   называют   процессами жизнедеятельности. Внутренняя   среда   живой   клетки,   ограниченная плазматической   мембраной,   называется  цитоплазмой.   Она   включает гиалоплазму (основное прозрачное вещество) и клеточные органеллы, а также разные непостоянные структуры — включения.                        Контроль знаний и умений:  Дать ответы на вопрос:                            1.Что с помощью микроскопа открыл А.Левингук?  2.Кто создал клеточную теорию?                                                                              3.Какими методами пользуется современная цитология?                                      4.Какие особенности строения клеток про­та эукариотических организмов? 5.Докажите, что клетка – структурная и функциональная единица всего  живого. Домашнее   задание:  Выучить   конспект,  Сделать   сравнительную таблицу строение клеток эукариот и прокариот, проработать Л. 1 стр. 38­40.