1.Основные положения клеточной теории.

Основные положения современной клеточной теории:

клетка - основная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого, способная к самовоспроизведению, саморегуляции и самообновлению;  клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологиины) 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.

2. Типы клеточной организации. Основные отличия про- и эукариотических клеток.

Выделяют два типа клеточной организации: 1) прокариотический, 2) эукариотический. Общим для клеток обоих типов является то, что клетки ограничены оболочкой, внутреннее содержимое представлено цитоплазмой. В цитоплазме находятся органоиды и включения. Органоиды — постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции. Органоиды могут быть ограничены одной или двумя мембранами (мембранные органоиды) или не ограничены мембранами (немембранные органоиды). Включения — непостоянные компоненты клетки, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена или конечных его продуктов.

В таблице перечислены основные различия между прокариотическими и эукариотическими клетками.

Признак	Прокариотические клетки	Эукариотические клетки
Структурно оформленное ядро	Отсутствует	Имеется
Генетический материал	Кольцевые не связанные с белками ДНК	Линейные связанные с белками ядерные ДНК и кольцевые не связанные с белками ДНК митохондрий и пластид
Мембранные органоиды	Отсутствуют	Имеются
Рибосомы	70-S типа	80-S типа (в митохондриях и пластидах — 70-S типа)
Жгутики	Не ограничены мембраной	Ограничены мембраной, внутри микротрубочки: 1 пара в центре и 9 пар по периферии
Основной компонент клеточной стенки	Муреин	У растений — целлюлоза, у грибов — хитин

3. Определение органелл и включений клетки, их строение и функции.

Мембраны.

Строение и состав мембран

Биологические мембраны представляют со­бой «ансамбли» липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалент-ных взаимодействий.Основу мембраны составляет двойной липидный слой, в формировании которого участвуют фосфолипиды и гликолипиды. Липидный бислой образован двумя рядами липидов, гидрофобные радикалы которых спрятаны внутрь, а гидрофиль­ные группы обращены наружу и контактируют с водной средой. Белковые молекулы как бы «ра­створены» в липидном бислое.

Плазматическая мембрана. Служит механическим барьером ,ограничивает свободный двусторонний поток в клетки и из нее высокомолекулярных веществ. Например, Натриевый-калиевый насос

Ядерная мембрана(оболочка). Состоит из 2х мембран. Внешняя оболочка имеет поры, через которые РНК проникают из ядра в цитоплазму, а регуляторные белки из цитоплазмы в ядро. Внутренняя ядерная мембрана содержит спе­цифические белки, имеющие участки связыва­ния основных полипептидов ядерного матрикса — ламина А, ламина В и ламина С. Важная функция этих белков — дезинтеграция ядерной оболочки в процессе митоза.

Митохондриальные мембраны. Отличительная особенность внешней митохондриальной мембраны — содержание большого количества белка порина, образующего поры в мембране. Благодаря порину внешняя мембрана свободно проницаема для неоргани­ческих ионов, метаболитов и даже небольших молекул белков. Для больших белков внешняя мембрана непроницаема, это позволяет митохондриям удерживать белки меж­мембранного пространства от утечки в цитозоль. Для внутренней мембраны митохондрий ха­рактерно высокое содержание белков, около 70%, которые выполняют в основном каталитическую и транспортную функции. Транслоказы мемб­раны обеспечивают избирательный перенос ве­ществ из межмембранного пространства в матрикс и в обратном направлении, ферменты участвуют в транспорте электронов (цепи пере­носа электронов) и синтезе АТФ. Внутренняя мембрана дает выросты – кристы. В матриксе сосредоточены ферменты цикла Кребса.

Мембрана лизосом. Учавствует в процессах внутриклеточного расщепления биологических микромолекул. и ограничивает пространство этих процессов. Играет роль «щита» меж­ду активными ферментами (более 50), обеспе­чивающими реакции распада белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот, и остальным кле­точным содержимым. Мембрана содержит уни­кальные белки, например АТФ-зависимую про­тонную помпу (насос), которая поддерживает кислую среду (рН 5), необходимую для действия гидролитических ферментов (протеаз, липаз), а также транспортные белки, позволяющие про­дуктам расщепления макромолекул покидать лизосому. Большинство белков лизосомальной мембраны сильно гликозилированы, углеводные составляющие, находящиеся на внутренней по­верхности мембраны, защищают их от действия протеаз.

Мембрана ЭПР. Имеет многочисленные склад­ки и изгибы. Она образует непрерывную повер­хность, ограничивающую внутреннее простран­ство, называемое полостью ЭР. Шероховатый ЭР связан с рибосомами, на которых происходит синтез белков плазматической мембраны, ЭР, аппарата Гольджи, лизосом, а также секретируемых белков. Области ЭР, не содержащие рибосом, называют гладким ЭР. Здесь происходит за­вершающий этап биосинтеза холестерина, фосфолипидов, реакции окисления собственных метаболитов и чужеродных веществ с участием мембранных ферментов

Мембрана Аппарата Гольджи. Аппарат Гольджи — важная мембранная органелла, отвечающая за модификацию, накопле­ние, сортировку и направление различных ве­ществ в соответствующие внутриклеточные компартменты, а также за пределы клетки. Спе­цифические ферменты мембраны комплекса Гольджи, гликозилтрансферазы, гликозилируя белки по остаткам серина, треонина или амидной группе аспарагина, завершают образование сложных белков — гликопротеинов.

Включения.

Включения – необязательные компоненты растительной или животной клетки, накапливающиеся в процессе жизнедеятельности и метаболизма. Включения не стоит путать с органеллами. В отличие от органелл включения то возникают, то исчезают в структуре клетки. Некоторые из них небольшие, едва заметные, другие превышают в размерах органеллы. Они могут иметь разную форму и различный химический состав. По форме выделяют:

• гранулы;

• кристаллы;

• зёрна;

• капли;

• глыбы.

По функциональному назначению включения подразделяются на следующие группы:

• трофические или накопительные – запасы питательных веществ (вкрапления липидов, полисахаридов, реже – белков);

• секреты – химические соединения в жидком виде, накапливающиеся в железистых клетках;

• пигменты – окрашенные вещества, выполняющие определённые функции (например, гемоглобин переносит кислород, меланин – окрашивает кожу);

• экскреты – продукты метаболического распада.

Включения	Строение	Функции	Примеры
Липиды	Мелкие капли. Находятся в цитоплазме.	Являются основным запасном энергии, расщепление 1 г жиров высвобождает 39,1 кДж энергии	Клетки соед. ткани.
Полисахариды	Гранулы разнообразных форм и размеров. Обычно в животной клетке – гликоген, в растительной – зерна крахмала.	При необходимости восполняют недостаток глюкозы, являются энергетическим запасом	Клетки поперечнополосатых мышечных волокон, печени
Белки	Гранулы в форме пластинок, шариков, палочек. Встречаются реже, чем липиды и сахара, т.к. большая часть белков расходуется в процессе метаболизма	Являются строительным материалом	Яйцеклетка, клетки печени,простейшие

Органеллы.

Рибосомы- сложные гранулы рибонуклеопротеидов, в состав которых примерно поровну входят белки и молекулы РНК: каждая рибосома состоит из большой и малой субъединиц, имеет аминоацильный. пептидильный и трансферазный центры. Функция рибосом - синтез белка. Обычно белок синтези­руется не одной рибосомой, а их группой (полисомой), связанной через общую молекулу информационной РНК. Свободные рибосомы и полисомы чаще продуцируют белки для нужд самой клетки, а те, которые фиксированы на гранулярной ЭПС, синтезируют в основном белки, выделяемые клеткой.

Клеточный центр (центросома), Микротрубочки и микрофибриллы цитоскелета Центресома состоит из центриолей и центросферы. Каждая центриоль состоит из девяти триплетов тубулиновых микротрубочек. Триплеты располагаются по окружности цилиндра длиной около 0,3 мкм и диаметром около 0,1 мкм. Клеточный центр является главным центром организации микротрубочек, инициирует их рост. Здесь же образуются жгутики и реснички. Клеточный центр выполняет функцию организации веретена деления. Центриолей нет у растений, но веретено у них образуется. Поэтому считается, что веретено образует именно клеточный центр, а не входящие в его состав центриоли. Вероятная функция центриолей — ориентация веретена так, чтобы хромосомы расходились именно к полюсам. Перед делением каждая центриоль из пары отходит к своему полюсу.

Ядро регулирует всю активность клетки. В нем находятся хроматиды — нитевидные комплексы молекул ДНК с белками-гистонами (особенностью которых является содержание в них большого количества аминокислот лизина и аргинина). ДНК ядра хранит информацию о почти всех наследственных признаках и свойствах клетки и организма. В период клеточного деления хроматиды спирализуются, в таком состоянии они видны в световой микроскоп и называются хромосомами. Хроматиды в неделящейся клетке (в период интерфазы) не полностью деспирализованы. Плотно спирализованные части хромосом называются гетерохроматином. Он располагается ближе к оболочке ядра. К центру ядра располагается эухроматин — более деспирализованная часть хромосом. На нем происходит синтез РНК, т. е. идет считывание генетической информации, экспрессия генов. Во множестве мест внешняя и внутренняя мембраны сливаются друг с другом, образуя ядерные поры. Их число непостоянно (в среднем исчисляются тысячами) и зависит от активности биосинтеза в клетке. Через поры ядро и цитоплазма обмениваются различными молекулами и структурами. Поры — это не просто дырки, они сложно устроены для избирательного транспорта. Их структуру определяют различные белки-нуклеопорины. Из ядра выходят молекулы иРНК, тРНК, субчастицы рибосом.В ядро через поры заходят различные белки, нуклеотиды, ионы и др.Субчастицы рибосом собираются из рРНК и рибосомных белков в ядрышке (их может быть несколько). Центральную часть ядрышка образуют специальные участки хромосом (ядрышковые организаторы), которые располагаются рядом друг с другом. В ядрышковых организаторах содержится большое количество копий кодирующих рРНК генов. Перед клеточным делением ядрышко исчезает и вновь образуется уже во время телофазы.Жидкое (гелеобразное) содержимое клеточного ядра называется ядерным соком (кариоплазмой, нуклеоплазмой). Его вязкость почти такая же как у гиалоплазмы (жидкое содержимое цитоплазмы), однако кислотность выше (ведь ДНК и РНК, которых в ядре большое количество, — это кислоты). В ядерном соке плавают белки, различные РНК, рибосомы. Функции ядер соматических клеток:

1) хранение генетической информации, закодированной

в молекулах ДНК;

2) репарация (восстановление) молекул ДНК после их по

вреждения с помощью специальных репаративных ферментов;

3) редупликация (удвоение) ДНК в синтетическом периоде нтерфазы;

4) передача генетической информации дочерним клеткам во время митоза;

5) реализация генетической информации, закодированной в ДНК, для синтеза белка и небелковых молекул: образование аппарата белкового синтеза (информационной, рибосомальной и транспортных РНК).

Функции ядер половых клеток:

1) хранение генетической информации;

2) передача генетической информации при слиянии женских и мужских половых клеток.

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.

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. Функции митохондрий

1. Обеспечение клетки энергией в виде АТФ.

2. Участие в биосинтезе стероидных гормонов (некоторые звенья био-

синтеза этих гормонов протекают в митохондриях). В таких клетках – митохондрии со сложными крупными трубчатыми кристами.

3. Депонирование кальция.

4. Участие в синтезе нуклеиновых кислот.

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. 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

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.

Схематическое изображение	Структура	Функции
Плазматическая мембрана (плазмалемма, клеточная мембрана)	Два слоя липида (бислой) между двумя слоями белка	Избирательно прони­цаемый барьер, регули­рующий обмен между клеткой и средой
Ядро	Самая крупная органелла, заключенная в оболочку из двух мембран, пронизанную ядерными порами. Со­держит хроматин - в такой форме раскру­ченные хромосомы на­ходятся в интерфазе. Содержит также струк­туру, называемую яд­рышком	Хромосомы содержат ДНК - вещество нас­ледственности.  ДНК состоит из генов, регу­лирующих все виды клеточной активности. Деление ядра лежит в основе размножения клеток, а следователь­но, и процесса воспро­изведения. В ядрышке образуются рибосомы
Эндоплазматический ретикулум (ЭР)	Система уплощенных мембранных мешоч­ков - цистерн - в виде трубочек и пластинок. Образует единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки	Если поверхность ЭР покрыта рибосомами, то он называется шеро­ховатым.  По цистер­нам такого ЭР транс­портируется  белок, синтезированный на рибосомах. Гладкий ЭР (без рибосом) служит местом синтеза липидов и стероидов
Рибосомы	Очень мелкие органеллы, состоящие из двух субчастиц - большой и малой. Содержат белок и РНК приблизительно в равных долях. Рибо­сомы, обнаруживаемые в митохондриях (а так­же в хлоропластах - у растений), еще мельче	Место синтеза белка, где удерживаются в правильном положе­нии различные взаимо­действующие молеку­лы. Рибосомы связаны с ЭР или свободно ле­жат  в  цитоплазме. Много рибосом могут образовать   полисому (полирибосому), в кото­рой они нанизаны на единую нить матрич­ной РНК
Митохондрии	Митохондрия окруже­на оболочкой из двух мембран, внутренняя мембрана образует складки (кристы). Со­держит матрикс, в ко­тором находятся не­большое количество рибосом, одна кольце­вая молекула ДНК и фосфатные гранулы	При аэробном дыхании в кристах происходит окислительное фосфорилирование и перенос электронов, а в матрик­се работают ферменты, участвующие в цикле Кребса и в окислении жирных кислот
Аппарат Гольджи	Стопка уплощенных мембранных мешочков - цистерн. На одном конце стопки мешочка непрерывно образуются, а с другого - отшнуровываются в виде пузырь­ков. Стопки могут существовать в виде дискретных диктиосом, как в рас­тительных клетках, или образовывать прост­ранственную сеть, как во многих животных клетках	Многие клеточные ма­териалы, например ферменты из ЭР, пре­терпевают модифика­цию в цистернах и транспортируются в пузырьках. Аппарат Гольджи участвует в процессе секреции, и в нем образуются лизо­сомы
Лизосомы	Простой сферический мембранный мешочек (мембрана одинарная), заполненный пищева­рительными (гидроли­тическими) фермента­ми. Содержимое ка­жется гомогенным	Выполняют много функций, всегда свя­занных с распадом ка­ких-либо структур или молекул