3. Формы организации живой материи

Формы организации живой материи

I. Доклеточная:

II. Клеточная форма

1) Прокариоты ("доядерные"): Имеют хорошо выраженную оболочку, небольшое разнообразие органоидов, деление - прямое. Наследственный материал не обособлен, диффузно разбросан по всей цитоплазме - т.е. ядра еще нет = доядерные.

а) бактерии - одноклеточные организмы.

б) сине-зеленые водоросли

2) Эукариоты - клетки имеют хорошо выраженное, обособленное ядро; большое разнообразие органоидов; размножение путем митоза. Эукариоты - клетки растений и животных организмов.

III. Неклеточная форма

1) межклеточное вещество соед-х тканей (волокна, основное вещество).

2) синцитий - клетки соединены цитоплазматическими мостиками, по которым из цитоплазмы одной клетки можно перейти в другую клетку. Пример в челов. орг-ме - сперматогонии на стадии размножения.

3) симпласт - это огромная единая масса цитоплазмы, где разбросаны сотни тысяч ядер и органоидов. Пример - скелетная мускулатура и симпластический трофобласт в хорионе и ворсинках хориона в плаценте.

4. Основы цитологии

Несмотря на многообразие живого мира, клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех форм жизни.

Клеточная теория, созданная Т.Шванном и М. Шлейденом (1838-1839) явилась важнейшим открытием в биологии и показала, что все растения и животные имеют единый план строения и развития.

Основные положения современной клеточной теории:

I. Клетка – минимальная элементарная структурно-функциональная единица живого.

II. Все клетки сходны по своему строению.

III. Каждая новая клетка формируется из другой клетки путем деления.

Клетка - часть целостного организма. Клетки объединены в системы тканей и органов, из системы органов - целый организм.

Клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица в составе организма. Клетке присущи все жизненные функции (обмен веществ, рост, размножение, наследственность, раздражимость и др.), отдельные же компоненты клетки обладают лишь некоторыми из этих свойств. Поэтому клетка является структурной и физиологической единицей живых организмов. Она способна не только к самовоспроизведению, но и потенциально может дать начало новому многоклеточному организму. Ее ядерный аппарат (хромосомы) несет в себе всю необходимую информацию для воспроизведения целого организма со всеми составляющими его клетками, тканями и органами. Несмотря на большое многообразие клеток все они имеют ряд общих структурных признаков. Все клетки имеют 3 функциональные системы: поверхностный аппарат, цитоплазма и ядро.

Составные части клетки:

КЛЕТКА

Поверхностный аппарат:

1. Надмембранный комплекс - рецепторный аппарат клетки, абсорбция, механическая роль.

2. Плазматическая мембрана – транспортная, защитная, участие в иммунных реакциях, в движении клетки, восприятии внешних сигналов, обеспечивает поверхностные свойства.

3. Подмембранный опорно-сократительный аппарат - подвижная система, цитоскелет.

Цитоплазма:

1. Гиалоплазма

2. Структурированные части:

а) включения;

б) органеллы.

Ядро

1.Ядрышко

2. Хроматин

3. Кариоплазма

4. Ядерная оболочка

Цитолемма - это элементарная биологическая мембрана покрытая снаружи более или менее выраженным гликокаликсом. Основу элементарной биологической мембраны составляет бимолекулярный слой липидов, обращенных друг к другу гидрофобными полюсами. Фосфолипидный бислой выполняет барьерную (для ионов и растворимых молекул) и матричную (для размещения различных белков) функции белковые молекулы расположены мозаично: интегральные (пронизывают всю толщу липидов), полуинтегральные (между молекулами липидов наружного или внутреннего слоя) и периферические (на внутренней и наружной поверхности бимолекулярного слоя липидов). В мембране большое количество белков, выполняющих разные функции (транспортная, рецепторная и т.д.), многие белки являются ферментами.

Функции цитолеммы:

- разграничительная;

- активный и пассивный транспорт веществ в обе стороны;

- рецепторные функции;

- механический контакт с соседними клетками.

Гликокаликс - это гликолипидный и гликопротеиновый комплекс на наружной поверхности цитолеммы, содержит сиаловую кислоту; снижает скорость диффузии веществ через цитолемму, там же локализуются ферменты участвующие во внеклеточном расщеплении веществ. На наружной поверхности цитолеммы могут иметься рецепторы:

- "узнавание" клетками друг друга;

- рецепция воздействия химических и физических факторов;

- рецепция гормонов, медиаторов, А-гена и т.д.

Под плазматический мембраной расположен подмембранный слой – узкий участок цитоплазмы. Здесь сосредоточен опорно-сократительный аппарат клетки.

Составные части клеточной оболочки взаимосвязаны и функционируют как единая система. Клеточная оболочка осуществляет регуляцию взаимоотношений клетки с внешней средой, обеспечивает связь клеток друг с другом, обладает избирательной проницаемостью и может формировать различные выросты, увеличивающие площадь поверхности (микроворсинки и базальные инвагинации), для перемещения формируются реснички.

Клетки всегда находятся во взаимодействии друг с другом и межклеточным веществом, при этом могут формироваться различные специализированные межклеточные контакты:

-изолирующие – плотный контакт (зона слипания) изоляция межклеточной щели от окруж. пространства за счет слипания интегральных белков мембран клеток

- механические – пальцевидные соединения (взаимодействуют только наружные слой клеточной оболочки) и десмосомы( между мембранами соседних клеток из гликокаликса формируется центральная пластинка, связанная поперечными фибриллами с мембранами контактирующих клеток и укреплена компонентами цитоскелета). Различают точечные и опоясывающие десмосомы.

- химические – щелевой контакт – межклеточное пространство очень узкое, в составе контактирующих мембран располагаются интегральные белки, связанные между собой.

Ядро - часть клетки, являющееся хранилищем наследственной информации. Окружено кариолеммой (два листка липопротеидной мембраны, между ними – перинуклеарное пространство), имеющей поры. Функции кариолеммы – обособление хромосом от цитоплазмы и регуляция взаимодействий ядра и цитоплазмы.

В ядре содержится кариоплазма, основу которой составляет ядерный белковый матрикс (структурная сеть из негистоновых белков). В ядерном белковом матриксе располагается хроматин - ДНК в комплексе с гистоновыми и негистоновыми белками. Хроматин может быть деконденцированным (разрыхленным, светлым) - эухроматин ("эу"- хороший) и наоборот, конденсированным (плотно упакованным, темным) - гетерохроматин. Чем больше эухроматина, тем интенсивнее синтетические процессы в ядре и цитоплазме, и наоборот, преобладание гетерохроматина показывает на снижение синтетических процессов, на состояние метаболического покоя.

Ядрышко - самая плотная, интенсивно окрашивающаяся структура ядра с диаметром 1-5 мкм - является производным хроматина, одним из его локусов. В ядрышке формируются вначале фибриллы, затем они становятся гранулами, в ядрышке РНК связывается с белком, а также происходит сборка субъединиц хромосом.

Цитоплазма состоит из гиалоплазмы, органоидов, включений и компонентов цитоскелета.

Гиалоплазма - это гомогенная, под микроскопом бесструктурная масса; по химической природе представляет собой коллоидную систему и состоит из дисперсной среды (вода и растворенные в ней соли) и дисперсной фазы (взвешанные в дисп. среде мицеллы белков, жиров, углеводов и некоторых других органических веществ); эта система может переходит из состояния золь(все частички во взвешенном состоянии) в гель(частички склеиваются) при необратимом переходе из золя в гель клетка погибает (при высокой температуре или добавл. хим.веществ) . В цитоплазме находятся органоиды и включения

Органоиды - постоянные структуры цитоплазмы, имеющие определенное строение и функции. Органоиды классифицируются по строению и по функцию.

По строению различают:

1. Органоиды общего назначения (имеются в большем или меньшем количестве во всех клетках, обеспечивают функции необходимые всем клеткам): митохондрия, эндоплазматическая сеть, пластинчатый комплекс, лизосомы, клеточный центр, пероксисомы.

2. Органоиды специального назначения - (имеются только в клетках высокоспециализированных тканей и обеспечивают выполнение строгоспецифических функций этих тканей): в эпителиальных клетках - реснички, микроворсинки, тонофибриллы; в нейральных тканях - нейрофибриллы и базофильное вещество; в мышечных тканях - миофибриллы.

По строению органиоды подразделяются:

1. Мембранные - эндоплазматическая сеть, митохондрии, пластинчатый комплекс, лизосомы, пероксисомы.

2. Немембранные - рибосомы, микротрубочки, центриоли, реснички.

Строение и функции органоидов:

1. Митохондрии - структуры округлой, овальной и сильновытянутой эллепсоидной формы. Окружены двойной элементарной мембраной: наружная элементарная мембрана имеет ровную поверхность, внутренняя мембрана образует складки - кристы; полость внутри внутренней мембраны заполнена матриксом - гомогенная бесструктурная масса. Функция: митохондрии - "энергетические станции" клетки, т.е. там происходит аккумулирование энергии в виде АТФ, выделяемое при "сжигании" белков, жиров, углеводов и др. веществ. Митохондрии участвуют в водно-солевом и липидном обменах, участвуют в синтезе белка.

2. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - это система (сеть) внутриклеточных мембран, образующих канальцы, цистерны изолирующих и накапливающих синтезируемые продукты. Различают ЭПС гранулярного (шероховатая) и агранулярного (гладкого) типа.

Гранулярная ЭПС состоит из мембранных канальцев и цистерн, к наружной поверхности которых прикреплены рибосомы. Функция – синтез белков (мембранных, секреторных, специализированных белков для лизосом, митохондрий). Гладкая ЭПС - система мембранных канальцев и везикул. Участвует в метаболизме углеводов. Гладкая и шероховатая ЭПС участвуют в метаболизме липидов.

3. Рибосомы – рибонуклеопротеиды, состоят из РНК и молекулы белка. Образуются в ядрышках, участвуют в синтезе белка. Состоят из большой и малой субъединиц.

4 Пластинчатый комплекс (Гольджи) - система наслоенных друг на друга уплощенных цистерн, стенка которых состоит из элементарной биологической мембраны, и расположенных рядом пузырьков (везикул). Располагается обычно над ядром, и выполняет функции – синтезирует полисахариды, участвует в обновлении клеточной оболочки, завершение процессов синтеза веществ в клетке, расфасовка продуктов синтеза по порциям в везикулы, ограниченных элементарной биологической мембраной. Везикулы в дальнейшем транспортируются в пределах данной клетки или выводятся экзоцитолизом за пределы клетки.

5 Лизосомы - структуры округлой или овальной формы, окружены элементарной биологической мембраной, содержащие внутри полный комплект протеолитических и других литических ферментов. Функция - обеспечивают внутриклеточное переваривание, т.е. последнюю фазу фаго(пино)цитоза.

6.Пероксисомы - мелкие структуры округлой или овальной формы, окруженные элементарной базальной мембраной, содержащие внутри пероксидазу, обеспечивающая обезвреживание перекисных радикалов - продуктов обмена веществ, подлежащих удалению из организма.

7.Клеточный центр - органоид обеспечивающий двигательную функцию (растаскивание хромосом) при делении клетки. Состоит из 2-х центриолей; каждая центриоля представляет собой цилиндрическое тело, стенка которого образована 9-ю парами микротрубочек расположенных по периферии цилиндра вдоль и 1-й парой микротрубочек в центре. Центриоли располагаются по отношению друг к другу перпендикулярно. При делении клетки центриоли располагаются на двух противоположных полюсах и обеспечивают растаскивание хромосом к полюсам.

8.Реснички - органоиды, аналогичные по строению и функцию с центриолями, т.е. имеют сходное строение и обеспечивают двигательную функцию. Ресничка представляет собой вырост цитоплазмы на поверхности клетки, покрытый цитолеммой. Вдоль этого выроста внутри располагаются 9 пар микротрубочек, расположенных параллельно друг к другу, образуя цилиндр; в центре этого цилиндра вдоль, а следовательно и в центре реснички, располагается еще 1 пара центральных микротрубочек. У основания этого выроста-реснички, перпендикулярно к ней, располагается еще одна аналогичная структура.

9.Микроворсинки - это выросты цитоплазмы на поверхности клеток, покрыты снаружи цитолеммой, увеличивают площадь поверхности клетки. Встречаются в эпителиальных клетках, обеспечивающих функцию всасывания (кишечник, почечные канальцы).

10.Миофибриллы (микрофиламенты) - состоят из сократительных белков актина и миозина, имеются в мышечных клетках и обеспечивают процесс сокращения.

11.Нейрофибриллы - встречаются в нейроцитах и представляют собой совокупность нейрофибрилл и нейротрубочек. В теле клетки располагаются беспорядочно, а в отростках - параллельно друг к другу. Выполняют функцию скелета нейроцитов (т.е. функция цитоскелета), а в отростках участвуют в транспортировке веществ от тела нейроцитов по отросткам на периферию.

12.Базофильное вещество - имеется в нейроцитах, под электронном микроскопом соответствует ЭПС гранулярного типа, т.е. органоида, ответственного за синтез белков. Обеспечивает внутриклеточную регенерацию в нейроцитах (обновление изношенных органоидов, при отсутствии способности нейроцитов к митозу).

Включения - непостоянные структуры цитоплазмы, которые могут появляться или исчезать, в зависимости от функционального состояния клетки.

Классификация включений:

I. Трофические включения - отложенные в запас гранулы питательных веществ (белки, жиры, углеводы). В качестве примеров можно привести: гликоген в нейтрофильных гранулоцитах, в гепатоцитах, в мышечных волокнах; жировые капельки в гепатоцитах и липоцитах; белковые гранулы в составе желтка яйцеклеток и т. д.

II. Пигментные включения - гранулы эндогенных или экзогенных пигментов. Примеры: меланин в меланоцитах кожи (для защиты от УФЛ), гемаглобин в эритроцитах (для транпортировки кислорода и углекислого газа), родопсин и йодопсин в палочках и колбочках сетчатки глаза (обеспечивают черно-белое и цветное зрение) и т.д.

III. Секреторные включения - капельки (гранулы) секрета веществ, подготовленные для выделения из любых секреторных клеток (в клетках всех экзокринных и эндокринных желез). Пример: капельки молока в лактоцитах, зимогенные гранулы в панкреатоцитах и т.д.

IV. Экскреторные включения - конечные (вредные) продукты обмена веществ, подлежащие удалению из организма. Пример: включения мочевины, мочевой кислоты, креатинина в эпителиоцитах почечных канальцев.

4.Митоз.Время существования клетки от деления до деления или от деления до смерти называют клеточным циклом. Близкое к нему понятие – митотический цикл – существование клетки от деления до деления. Жизненный цикл клетки- более широкое понятие. Он охватывает постмитотические популяции клеток (потерявшие способность к делению)

Митоз – тип деления, при котором каждая из двух вновь возникающих клеток получает генетический материал, идентичный исходной клетке.

Биологическое значение митоза. Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.

Различают 2 основные фазы: репродуктивная – интерфаза, разделительная – собственно митоз.

Интерфаза – период между делениями клетки: удваивается число центриолей, увеличивается число митохондрий, запасается АТФ, редупликация ДНК, различают 3 периода

1. Пресинтетический (G1 –период)– образовавшаяся дочерняя клетка восстанавливает организацию интерфазной клетки, завершается формирование ядрышка. В цитоплазме интенсивный синтез белка, масса клетки увеличивается. Продолжительность от неск часов до нескольких дней.

2. Синтетический (S –период) происходит редупликация ДНК . начинается удвоение центриолей. Длительность 8-12 часов.

3. Постсинтетический (G2 –период) – клетка готовится к делению, тетраплоидный набор ДНК. Центриоли достигают размера зрелых органелл. Накапливается АТФ. Длится 2-4 ч.

Собственно митоз – деление ядра и цитоплазмы.

Профаза – самая длительная фаза. Нити ДНК закручиваются в плотную спираль, и становятся видимыми в световой микроскоп в виде клубка толстых нитей – хромосом, а ядрышко и ядерная оболочка становятся невидимыми. К противоположным полюсам клетки перемещаются центриоли, а между ними формируется ахроматиновое веретено, состоящее из множества микротрубочек. Каждая хромосома продольно разделена, хотя хроматиды соединены центромерой. Выделяют прометафазу – продолжение профазы образуются кинетохоры (центромеры), которые функционирют как центры организации кинетохорных микротрубочек.

Метафаза – максимальное укорочение хромосом, они располагаются в экваториальной плоскости клетки – метафазная пластинка. Каждая хромосома удерживается парой кинетоохоров и связанными с ними микротрубочками, направленными к противоположным полюсам клетки.

Анафаза начинается деление центромеры, нити ахроматинового веретена сокращаются и хроматиды расходятся к полюсам клетки. На полюсах концентрируются 2 равноценных набора хромосом.

Телофаза – хроматиды раскручиваются, становятся едва заметными, формируется ядрышко и ядерная оболочка. Оформляется 2 ядра. Делится цитоплазма – цитокинез, путем внедрения клеточной оболочки, которая постепенно углубляется и разделяет клетки. После завершения деления обе клетки растут, достигают размеров материнской и затем снова могут делиться или переходят к дифференциации.

Эндомитоз - повторное, иногда многократное удвоение хромосом без нарушения ядерной мембраны. Сходное по результату явление – политения – кратное увеличение содержания ДНК в хромосомах при сохранении диплоидного количества. Эндомитоз и политения приводят к образованию полиплоидных клеток, отличающихся кратным увеличением объема наследственного материала в таких клетках.

Амитоз не сопровождается стадийностью процесса. В результате деления цитоплазмы образуются 2 клетки со случайным набором хромосом и содержимым цитоплазмы. Характерен эндомитоз для злокачественного опухолевого роста.