Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биология клетки. Учебное пособие
.pdf
Частное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский медико-социальный институт»
Т.И. Полякова, И.Б. Сухов
Учебное пособие
«Биология клетки»
Санкт-Петербург
2015
1
УДК 573(075.8)
ББК Е28.05
Полякова, Т.И.
Биология клетки: учебное пособие / Т.И. Полякова, И.Б. Сухов.- ЧОУВПО
СПбМСИ, 2015. – 56 с.
Учебное пособие разработано доктором биологических наук, профессором
Санкт-Петербургского медико-социального института Т.И. Поляковой и
является результатом апробированного многолетней практикой чтения лекций
в различных ВУЗах Санкт-Петербурга.
Рецензент: кандидат биологических наук В.П. Болонина, доцент кафедры
медицинской биологии и генетики Первого Санкт-Петербургского
государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова
Рассмотрено и рекомендовано к изданию Ученым советом ЧОУВПО СПбМСИ,
протокол № 7 от 28 августа 2015 года.
УДК 573(075.8)
ББК Е28.05
© Т.И. Полякова, И.Б. Сухов, 2015
© ЧОУВПО «Санкт-Петербургский
медико-социальный институт», 2015
2
Содержание
Введение…………………………………………………………………
4
Микроскоп. Микроскопирование. Техника изготовления
микропрепаратов……………………………………………………….
11
Структурно-функциональная организация эукариотической
(растительной и животной) клетки……………………………………
21
Биология эукариотической клетки. Клеточный конвейер.
Литическая система клетки…………………………………………….
28
Химический состав клетки. Неорганические вещества и их
значение. Молекулярные основы наследственности. Кодирование и
реализация генетической информации…………………………………
32
Молекулярные основы наследственности. Нуклеиновые кислоты.
Их роль в реализации генетической информации……………………
42
Цитогенетические основы бесполого и полового размножения.
Репродукция клеток……………………………………………………..
44
Репродукция клеток. Строение и развитие половых клеток…………
51
Контрольные вопросы к итоговому занятию по биологии клетки…...
55
3
Введение
надцарство безъядерных, доядерных
(прокариоты)
надцарство ядерных (эукариоты)
одноклеточные, многоклеточные
3 царства:
1) животные;
2) растения;
3) грибы.
бактерии
сине-зеленые
водоросли
(цианобактерии)
Возраст – 3-3,5 млрд.лет
Появились ~1,5-2 млрд.лет назад
Наука о закономерностях строения и жизнедеятельности животных и
растительных клеток называется цитология. Биология клетки объединяет
цитологию, структурную биохимию, молекулярную биологию, молекулярную
генетику и частные биологические науки, исследующие клеточный уровень
организации.
В настоящее время доминирующее положение в этой науке, возникшей
на стыке нескольких направлений современной биологии и медицины,
занимают исследования молекулярно-биологического и молекулярногенетического направлений; изучение функционального значения
морфологических структур, сравнительно-цитологические исследования общих
закономерностей клеточной организации.
Клетка – это открытая целостная элементарная система, способная к
саморегуляции, самообновлению и самовоспроизведению.
Рост, развитие, обмен веществ во всех аспектах, наследственность,
эволюция, болезни, старение, смерть – лишь разные аспекты поведения клеток,
несмотря на то, что каждое из этих явлений можно рассматривать также и на
более высоких и более низких уровнях биологической организации. По
современным представлениям живые организмы могут иметь клеточное и
неклеточное строение (вирусы и фаги – вирусы бактерий). Известны два типа
клеток – прокариотическая и эукариотическая.
Классификация:
империя клеточных – систематическая единица включает:
4
Бактерии – это одноклеточные микроорганизмы (от 0,2 до 10 мкм).
Питаются бактерии гетеротрофно, но встречаются и автотрофные
бактерии, например, Красные бактерии. Размножаются бактерии бесполым и
половым (конъюгация) путем. Бактерии классифицируются по форме:
1. Кокки (стафилококки, стрептококки);
2. Палочки (дизентерия, брюшной тиф, туберкулез);
3. Вибрионы (холера);
4. Спириллы (сифилис).
Значение бактерий:
1. Участие в круговороте веществ в природе;
2. Использование в пищевой промышленности (кефир, спирт);
3. Бактерии вызывают инфекционные заболевания (дизентерия, холера).
Общая характеристика структурно-функциональных особенностей прокариот
Плазматическая мембрана имеет жидкостно-мозаичную структуру и
состоит из бислоя полярных липидов, гидрофобные хвосты которых обращены
друг к другу, а гидрофильные головки образуют внутреннюю и наружную
поверхности мембраны. В липидный слой мембраны встроены мембранные
белки (интегральные, полуинтегральные и периферические).
Цитоплазматическая мембрана представляет избирательно проницаемый
барьер, регулирующий обмен между клеткой и средой. У некоторых бактерий
мембрана впячивается внутрь клетки и формирует специфические образования:
мезосомы – складчатые структуры плазматической мембраны, в которых
встроены ферменты, участвующие в биологическом окислении и синтезе
аденозинтрифосфата (АТФ);
хлоросомы – впячивания плазматической мембраны, в которых находятся
фотосинтезирующие пигменты и ферменты синтеза АТФ;
аэросомы – мембранные образования, содержащие воздух (газовые
вакуоли).
Над плазматической мембраной находится клеточная стенка, состоящая
из муреина, молекулы которой представляют собой сеть из полисахаридных
цепей, сшитых друг с другом короткими цепями пептидов. Основные функции
5
– защитная, поддержание формы клетки, обеспечение антигенных свойств.
Некоторые бактерии имеют капсулу. Это слизистые выделения некоторых
бактерий мукополисахаридной природы. Их функции: 1) защитная; 2)
колонеобразующая.
Цитоплазма прокариот – сложная коллоидная система, содержащая
ферменты и низкомолекулярные метаболиты. Не содержит никаких
мембранных органоидов, нет клеточного центра и опорно-сократительного
аппарата (микротрубочек и микрофиламентов).
Органоиды: рибосомы (белоксинтезирующий аппарат) прокариот
значительно меньше эукариотических.
Включения запасных питательных веществ могут быть представлены
гранулами крахмала (у фототрофов), гликогена (у хемотрофов), полифосфатов
и липидными каплями.
Генетический материал
У бактерий отсутствует поверхностный ядерный аппарат. Одна молекула
ДНК, замкнутая в кольцо, содержит около 2-4 тысяч генов (106 пар
нуклеотидов) и называется нуклеоид или генофор. Почти все
последовательности уникальны. В единицу времени активны 95%
последовательностей. ДНК раскручена (диспирализована), не мозаична, т.е.
информативные (структурные) гены расположены непрерывно (нет спейсеров –
неинформативных участков, которые у эукариот находятся между
информативными генами). Очень мало белков – гистонов, которые
упаковывают ДНК. Информационная РНК хранится недолго и трансляция
(биосинтез белка) быстро следует за транскрипцией. Кроме основной ДНК
бактерии содержат в цитоплазме плазмиды, небольшие кольцевые молекулы
ДНК, которые передаются другим бактериям в результате полового
размножения (конъюгации) и обеспечивают устойчивость к антибиотикам,
дезинфицирующим средствам.
Некоторые бактерии имеют жгутики, состоящие из белка флагелина.
Пили или фимбрии – тонкие выросты, короче и тоньше жгутиков. Служат для
6
прикрепления клеток друг к другу или к поверхности. F-пили кодируются
специальной плазмидой и обеспечивают половое размножение (Рис. 1, 2).
Рис. 1. Схематическая структура прокариотической клетки.
Рис. 2. Сканирующее электронно-микроскопическое изображение E.coli.
(Evangelyn Alocilja, Michigan State University laboratory).
7
Общая характеристика структурно-функциональных особенностей
эукариотических клеток (Рис. 4)
В эукариотической клетке выделяют три компонента:
1. Поверхностный аппарат (Рис. 3). В его состав входят:
- надмембранный комплекс (соединение углеводов и белков). У
животных клеток это гликокаликс, у растительных – целлюлозная оболочка;
- цитоплазматическая мембрана – плазмолемма (жидкостно-мозаичная
структура, состоящая из двух слоев липидов, содержащих интегральные,
полуинтегральные и поверхностные белки);
- подмембранная система (микротрубочки, состоящие из белков
тубулинов и микрофиламенты – из актина и миозина).
Функции поверхностного аппарата клетки: барьерная, рецепторная,
транспортная, обменная.
2. Цитоплазма. В ее состав входит:
- гиалоплазма – коллоидная система органических и неорганических
веществ, где происходят разнообразные биохимические реакции. Благодаря
вязкости и способности к перемещению гиалоплазма служит основной
магистралью для передвижения метаболитов клетки. Примыкая к наружной
клеточной мембране, она обеспечивает обмен веществ между клетками.
Вступая в непосредственные контакты с мембранными органоидами,
обуславливает физико-химические и ферментативные связи между ними.
- органоиды – постоянные структуры клетки. Цитоплазма
эукариотических клеток разделена мембранами на отсеки (компартменты). Это
эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, митохондрии и другие структуры.
Компартменты отличаются по физико-химическим свойствами (содержанию
белков, сахаров). Они могут нести функции автономного обмена веществ.
Общего назначения:
а) одномембранные:
- гранулярная (шероховатая), агранулярная (гладкая), эндоплазматическая
сеть (ретикулум);
8
- комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс);
- лизосомы, пероксисомы, вакуоли;
б) двухмембранные: митохондрии, пластиды;
в) немембранные: рибосомы, клеточный центр, микротрубочки и
микрофиламенты (цитоскелет клетки).
Специальные: миофибриллы, нейрофибриллы, жгутики.
- включения – непостоянные структуры клетки: трофические (крахмал в
растительных клетках, гликоген в клетках печени, жировые включения);
секреторные (включения гормонов в эндокринных клетках поджелудочной железы);
включения специального назначения (меланин в пигментных клетках кожи).
Рис. 3. Трехмерная модель мембраны.
3. Оформленное ядро. Имеет следующие структуры:
- поверхностный ядерный аппарат, состоящий из двух мембран, ядерных пор;
- ядерный сок (кариоплазма) – жидкая среда ядра;
- хроматин – диспирализованная ДНК. ДНК может спирализоваться и
упаковываться белками – гистонами и другими белками, а при делении клеток
образуются хромосомы. Объем ДНК 3х109 пар нуклеотидов;
- ядрышко (одно или несколько) – место синтеза рибосомальной РНК (р-РНК)
и субъединиц рибосом.
9
4. ДНК мозаична, т.е. между информативными генами (экзонами)
располагается неинформативные (интроны). Большую часть ДНК составляют
последовательности, соответствующие регуляторным генам. В единицу
времени активны только 5-10% нуклеотидных последовательностей.
5. Уэукариот в ядре и при выходе из него происходит дозревание
информационных РНК (и-РНК) – процессинг, когда интроны вырезаются с
помощью ферментов, а концы экзонов сшиваются.
6. и-РНК может сохраняться относительно долго.
Рис. 4. Комбинированная схема строения эукариотической клетки: а – клетка животного
происхождения, б – растительная клетка, 1 – ядро с хроматином и ядрышком, 2 –
плазматическая мембрана, 3 – клеточная стенка, 4 – плазмодесма, 5 – гранулированный
эндоплазматический ретикулум, 6 – гладкий ретикулум, 7 – пиноцитозная вакуоль, 8 –
аппарат Гольджи, 9 – лизосома, 10 – жировые включения в гладком ретикулуме, 11 –
центриоль и микротрубочки центросферы, 12 – митохондрии, 13 – полирибосомы
гиалоплазмы, 14 – центральная вакуоль, 15 – хлоропласт.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]