Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественнонаучные основы физической культуры (Биология). Курс лекций
.pdf
Рис. 8. Строение рибосомы
Клеточный центр - встречается в клетках животных, грибов,
низших растений и отсутствует у высших растений. Он состоит из
двух центриолей и лучистой сферы. Центриоль имеет вид полого ци
линдра, стенка которого состоит из 9 триплетов микротрубочек (рис.
9). При делении клетки образуют нити митотического веретена, обес
печивающие расхождение хроматид в анафазе митоза и гомологич
ных хромосом при мейозе.
Микротрубочки - трубчатые образования различной длины. Вхо
дят в состав центриолей, митотического веретена, жгутиков, ресни
чек, выполняют опорную функцию, способствуют перемещению
внутриклеточных структур.
Ценфиол»
А
/ \
/ \ Мккротруйочк/
Рис. 9. Строение клеточного центра, центриолей и микротрубочек.
21
Микрофиламенты - нитчатые тонкие образования, расположен
ные по всей цитоплазме, но особенно много их под клеточной обо
лочкой. Вместе с микротрубочками образуют цитоскелет клетки, обу
словливают ток цитоплазмы, внутриклеточные перемещения пузырь
ков, хлоропластов и др. органелл.
Строение и функции клеточного ядра
Ядро - обязательная часть эукариотической клетки. Главная
функция ядра - хранение генетического материала в форме ДНК и
передача ее дочерним клеткам при клеточном делении. Кроме того,
ядро управляет белковыми синтезами, контролирует все процессы
жизнедеятельности клетки (в растительной клетке ядро описал Р.
Броун в 1831 г., в животной - Т. Шванн в 1838г.)
Большинство клеток имеет одно ядро, обычно округлой формы,
реже неправильной формы. Размеры ядра колеблются от 1мкм (у неко
торых простейших) до 1мм (в яйцеклетках рыб, земноводных). Встре
чаются двуядерные клетки (клетки печени, инфузорий) и многоядерные
(в клетках поперечно - полосатых мышечных волокон, а также в клет
ках ряда видов грибов и водорослей). Некоторые клетки (эритроциты) -
безъядерные, это редкое явление, носит вторичный характер.
В состав ядра входят: ядерная оболочка, кариоплазма, ядрышко,
хроматин или хромосомы (рис. 10). Хроматин находится в неделя-
щемся ядре, хромосомы - в митотическом ядре.
Оболочка ядра состоит из двух мембран (наружной и внутрен
ней). Наружная ядерная мембрана соединяется с мембранными кана
лами ЭПС. На ней располагаются рибосомы. В мембранах ядра име
ются поры (3000-4000). Через ядерные поры происходит обмен раз
личными веществами между ядром и цитоплазмой.
Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобразный рас
твор, который заполняет пространство между структурами ядра (хрома
тином и ядрышками). Она содержит ионы, нуклеотиды, ферменты.
22
Рис. 10. Строение ядра клетки.
Ядрышко, обычно шаровидной формы (одно или несколько), не
окружено мембраной, содержит фибриллярные белковые нити и РНК.
Ядрышки - не постоянные образования, они исчезают в начале деле
ния клетки и восстанавливаются после его окончания. Ядрышки име
ются только в неделящихся клетках. В ядрышках происходит форми
рование рибосом, синтез ядерных белков. Сами же ядрышки образу
ются на участках вторичных перетяжек хромосом (ядрышковых орга
низаторах). У человека ядрышковые организаторы находятся на
13,14,15,21 и 22 хромосомах.
Хроматин и хромосомы
Хроматин - это деспирализованная форма существования хромо
сом. В деспирализованном состоянии хроматин находится в ядре неде-
лящейся клетке. Хроматин и хромосомы взаимно переходят друг в дру
га. По химической организации как хроматин, так и хромосомы не от
личаются. Химическую основу составляет дезоксирибонуклеопротеин -
комплекс ДНК с белками. С помощью белков происходит многоуровне
вая упаковка молекул ДНК, при этом хроматин приобретает компакт
ную форму. Например, в деспирализованном (вытянутом) состоянии
длина молекулы ДНК хромосомы человека достигает около 6 см, что
примерно в 1000 раз превышает диаметр ядра клетки. Несмотря на то,
что в неделящихся клетках хроматин находится в деспирализованном
23
состоянии, тем не менее отдельные его участки спирализованы, т.е.
хроматин неоднороден по структуре. Спирализованные участки хро
матина называются гетерохроматин, а деспирализованные - эухрома-
тин. На участках эухроматина идут процессы транскрипции (синтез
иРНК). Гетерохроматин - неактивный участок хроматина, здесь не
происходит транскрипции.
В начале клеточного деления хроматин скручивается (спирализу-
ется) и образует хромосомы, которые хорошо различимы в световой
микроскоп. Значит, хромосома - суперспирализованный хроматин.
Спирализация достигает своего максимума в метафазе митоза. Каж
дая метафазная хромосома состоит их двух сестринских хроматид.
Хроматиды содержат одинаковые молекулы ДНК, которые образуют
ся при удвоении (репликации) ДНК в синтетический период интерфа
зы. Хроматиды соединены друг с другом в области первичной пере
тяжки - центромеры. Центромеры делят хромосомы на два плеча. В
зависимости от места расположения центромеры различают следую
щие типы хромосом (рис. 11):
1) метацентрические (равноплечие);
2) субметацентрические (неравноплечие);
3) акроцентрические (палочковидные);
4) спутничные (имеют вторичную перетяжку, которая отделяет
небольшой участок хромосомы, называемый спутником).
1 2 3 4
Рис. 11. Типы хромосом: 1-метацентрическая, 2 -субметацентрическая,
3 - акроцентрическая, 4 - спутничная.
Число, величина и форма хромосом в ядрах клеток являются
важными знаками каждого вида. Набор хромосом соматических кле
ток данного вида называется кариотипом.
24
Клеточный (или жизненный) и митотический циклы клетки
Клеточным циклом или жизненным циклом клетки называется
совокупность процессов, происходящих в клетке от 1-го деления (по
явление ее в результате деления) до следующего деления или до
смерти клетки. Жизненный цикл клетки состоит из интерфазы и ми
тоза. Интерфаза разделена на 3 периода:
1. Пресинтетический или постмитотический (G1).
2. Синтетический (S).
3. Постсинтетический или премитотический (G2).
Жизненный цикл клетки, в зависимости от ее типа, может про
должаться от 8 часов до 1 года. Обычно этот процесс составляет око
ло 24 часов.
Наибольшие изменения клетка претерпевает на пресинтетиче-
K J
ТЛ
ской стадии. В пресинтетический период клетка выполняет свои
_ _ _
K J _ _ _
_ _ _
функции, увеличивается в размерах, т.е. активно растет, увеличива
ется количество митохондрий, рибосом, идет синтез белков, нук
леотидов, накапливается энергия в виде АТФ, синтезируется РНК.
Клетка в G1 содержит диплоидный набор хромосом, каждая хромо
сома имеет одну хроматиду (2с ДНК 2n хромосом). Хромосомы
представляют собой тонкие хроматиновые нити, каждая состоит из
одной хроматиды. Содержание генетического материала в клетке
обозначают следующим образом: с - количество ДНК в одной хро-
матиде, n - набор хромосом.
В S-периоде происходит репликация молекул ДНК и их содержа
ние в клетке удваивается, каждая хромосома становится двухрома-
тидной (т.е. хроматида достраивает себе подобную). Генетический
материал становится 4с2п, центриоли клетки тоже удваиваются. Про
должительность S-периода у млекопитающих 6-10 часов. Клетка про
должает выполнять свои специфические функции.
25
Рис. 12. Жизненный цикл клетки.
В G2 _ периоде клетка готовится к митозу: накапливается энергия,
затухают все синтетические процессы, клетка прекращает выполнять
основные функции, накапливаются белки для построения веретена
деления. Содержание генетической информации не изменяется (4с2п).
Продолжительность этого периода 3-6 часов.
Митоз - это непрямое деление, основной способ деления сома
тических клеток. Митоз - непрерывный процесс и условно делится на
4 стадии: профаза, метафаза, анафаза, телофаза (рис. 13). Наиболее
продолжительны первая и последняя. Длительность митоза 1-2 часа.
Рис. 13. Стадии митоза.
26
1. Профаза. В начале профазы центриоли расходятся к полюсам
клетки, от центриолей начинают формироваться микротрубочки, ко
торые тянутся от одного полюса к другому и по направлению к эква
тору клетки, образуя веретено деления. К концу профазы растворяют
ся ядрышки, ядерная оболочка. К центромерам хромосом прикрепля
ются нити веретена деления, хромосомы спирализуются и устремля
ются к центру клетки. Содержание генетической информации при
этом не изменяется (4с2п).
2. Метафаза. Длительность 2-10 мин. Короткая фаза, хромосомы
располагаются на экваторе клетки, причем центромеры всех хромосом
располагаются в одной плоскости - экваториальной. Между хромати-
дами появляются щели. В области центромер с двух сторон имеются
небольшие дисковидные структуры - кинетохоры. От них так же, как и
от центриолей отходят микротрубочки, которые располагаются между
нитями веретена деления.
Существует точка зрения, что именно кинетохорные микротру
бочки заставляют центромеры всех хромосом выстраиваться в облас
ти экватора. Это стадия наибольшей спирализации хромосом, когда
их удобнее всего изучать. Содержание генетической информации при
этом не изменяется (4с2п).
3. Анафаза длится 2-3 минуты, самая короткая стадия. В анафазе
происходит расщепление центромер и разделение хроматид. После
разделения одна хроматида (сестринская хромосома) начинает дви
гаться к одному полюсу, а другая половина - к другому.
Предполагается, что движение хроматид обусловлено скольже
нием кинетохорных трубочек по микротрубочкам центриолей. Имен
но микротрубочки генерируют силу, обусловливающую расхождение
хроматид. По другой версии, нити веретена деления плавятся и увле
кают за собой хроматиды. В клетке находится два диплоидных набора
хромосом- 4с4п (у каждого полюса 2с2п).
4. Телофаза. В телофазу формируются ядра дочерних клеток,
хромосомы деспирализуются, строятся ядерные оболочки, в ядре по
являются ядрышки.
Цитокинез - деление цитоплазмы, происходит в конце телофазы.
В животных клетках цитоплазматическая мембрана впячивается
внутрь. Клеточные мембраны смыкаются, полностью разделяя две
27
клетки. В растительных клетках из мембран пузырьков Гольджи об
разуется клеточная пластинка, расположенная в экваториальной
плоскости. Клеточная пластинка, разрастаясь полностью, разделяет
две дочерние клетки. В каждой клетке 2с 2п.
Биологическое значение митоза:
1. Поддержание постоянства числа хромосом. Митоз - наследст
венно равное деление. Биологическое значение митоза состоит в строго
одинаковом распределении сестринских хромосом между дочерними
клетками, что обеспечивает образование генетически равноценных кле
ток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.
2. Обеспечивает рост организма.
3.3амещение изношенных клеток, поврежденных тканей, регене
рацию утраченных частей. Так, у человека замещаются клетки кожи,
эпителий кишечника, эпителий легких, клетки крови - всего в день
1011 клеток.
4. Митоз лежит в основе бесполого размножения.
Амитоз - прямое деление клетки путем перешнуровки ядра без
спирализации, при этом утрачивается равномерное распределение ге
нетического материала между дочерними ядрами. После амитотиче-
ского деления клетки не могут митотически делиться. Амитозом де
лятся клетки при воспалительных процессах, злокачественном росте.
Амитоз встречается в клетках некоторых специализированных тка
ней, например, в поперечно - полосатой мускулатуре, соединительной
ткани.
Пролиферация клеток - увеличение числа клеток путем митоза,
которое приводит к росту и обновлению ткани. Интенсивность про
лиферации регулируется веществами, которые вырабатываются как
внутри клеток, так и вдали от клеток. Современные данные свиде
тельствуют о том, что одним из регуляторов пролиферации на кле
точном уровне являются кейлоны. Кейлоны - гормоноподобные ве
щества, являющиеся полипептидами или гликопротеинами. Они обра
зуются всеми клетками и внутри клеток высших организмов, обнару
жены в различных жидкостях организма, в том числе и в моче. Кей-
лоны подавляют митотическую активность клеток. Также они участ
вуют в регуляции роста тканей, заживлении ран, иммунных реакциях.
28
Гормональные механизмы - дистантные регуляторы пролифе
рации на организменном уровне. Например, уровень эритроцитов в
высокогорных районах повышается за счет секреции в специализиро
ванных клетках почек гормона эритропоэтина. У жителей высокогорья
количество эритроцитов больше, чем у людей, живущих на равнине.
Кроме того, существуют гипотезы о причинах, побуждающих
клетку делиться. Например:
- объемная: клетка, достигнув определенного объема, делится.
Изменяются ядерно-цитоплазматические отношения (от 1/6 до 1/69);
- гипотеза «митогенетических лучей». Делящиеся клетки стиму
лируют к митозу расположенные рядом клетки;
- гипотеза «раневых гормонов». Поврежденные клетки выделяют
особые вещества, способствующие митозу неповрежденных клеток.
Эволюция клетки
Существуют два этапа в эволюции клетки:
1. Химический.
2. Биологический.
Химический этап начался около 4,5 млрд лет назад. Под действи
ем ультрафиолетового излучения, радиации, грозовых разрядов (ис
точники энергии) происходило образование сначала простых химиче
ских соединений - мономеров, а затем более сложных - полимеров и
их комплексов (углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот).
Биологический этап образования клеток начинается с появления
пробионтов - обособленных сложных систем, способных к самовос
произведению, саморегуляции и естественному отбору. Пробионты
появились 3-3,8 млрд. лет назад. От пробионтов произошли первые
прокариотические клетки - бактерии. Эукариотические клетки про
изошли от прокариот (1-1,4 млрд. лет назад) двумя путями:
1) путем симбиоза нескольких прокариотических клеток - это
симбиотическая гипотеза;
2) путем инвагинации клеточной мембраны. Суть инвагинационной
гипотезы заключается в том, что прокариотическая клетка содержала
несколько геномов, прикрепленных к клеточной оболочке. Затем про
исходила инвагинация - впячивание, отшнуровка клеточной мембраны,
и эти геномы превращались в митохондрии, хлоропласты, ядро.
29
Дифференциация клеток - это формирование различных типов
клеток и тканей в ходе развития многоклеточного организма. Одна из
гипотез связывает дифференцировку с экспрессией генов в процессе
индивидуального развития. Экспрессия - процесс включения тех или
иных генов в работу, который создает условия для направленного
синтеза веществ. Поэтому происходит развитие и специализация тка
ней в том или ином направлении.
Контрольные вопросы
1. Становление клеточной теории и ее основные положения.
2. Дайте характеристику обмену веществ (ассимиляция и дисси
миляция).
3. Строение клетки про- и эукариот: отличия и сходства.
4. Строение и функции одномембранных органоидов.
5. Строение и функции двухмембранных органоидов.
6. Строение и функции немембранных органоидов.
7. Включения. Их значение для клетки.
8. Транспорт веществ в клетке.
9. Хроматин. Строение, функции и типы хромосом.
10. Жизненный цикл клетки. Характеристика его этапов.
11. Митоз. Биологическое значение. Амитоз.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]