Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Основы цитологии. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
Федеральное государственное
образовательное учреждение высшего образования
«АМУРСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
_________________________________________________________________
И. А. Попова
ОСНОВЫ ЦИТОЛОГИИ
Учебное пособие
Саратов
Ай Пи Ар Медиа
2019
УДК 576 ББК 28.0
П58
Рецензенты:
Гора Е. П. — д-р биол. наук, профессор кафедры анатомии
и физиологии человека и животных МПГУ;
Тяжелков А. П. — д-р мед. наук, профессор, заслуженный врач России
Попова, И. А.
П58
Основы цитологии : учебное пособие / И. А. Попова. — Электрон. дан. и прогр.
(6 Мб). — Комсомольск-на-Амуре : Изд-во АмГПГУ ; Саратов : Ай Пи Ар Медиа,
2019. 122 c.
ISBN 978-5-4497-0167-1 (Ай Пи Ар Медиа)
В учебном пособии изложен основной информационный материал по осно­вам цитологии, и полно представлена характеристика методов изучения клеток. Учебное пособие является кратким курсом цитологии, которое поможет студен­там в изучении данного предмета и в подготовке к текущему экзамену.
Предназначено для изучения дисциплины «Основы цитологии» по
направлениям подготовки высшего образования 06.03.01 «Биология», 44.03.01
«Педагогическое образование». Кроме того, учебное пособие будет полезно студентам других специальностей и направлений, изучающих данную
дисциплину.
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-0167-1 (Ай Пи Ар Медиа)
© Попова И. А., 2006 © Издательство АмГПГУ, 2006 © Оформление.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2019
УДК 576
ББК 28.10
3
Предисловие…..…………………………………………………….....
5
Список сокращений и условных обозначений…………………....
6
Введение в предмет цитологии…………………..………………….
7
Структурная организация клеток……………………..…………...
7
Неклеточные формы…………………………………………………...
7
Клеточные формы……………………………………………………...
10
Основные свойства (признаки) прокариотических и эукариотиче­ских клеток…...………………………………………………………...
12
Уровни организации живого………………………………………..
12
Клетка – основа жизни………………………………………….……
16
Клеточная теория……………………………………………………..
16
Современное состояние клеточной теории…………………………..
18
Современные методы цитологических исследований…………...
21
Величина и форма клеток…………………………………………...
30
Структурные компоненты клетки…………………………………
31
Гиалоплазма (цито-
золь)………………………………..........................
32
Органеллы……………………………………………………………..
33
Мембранные органеллы……………………………………………..
34
Плазмалемма. Барьерно-рецепторная и транспортная системы клетки………………………………….………………………………..
35
Межклеточные соединения .................................................................
41
Эндоплазматическая сеть ……………………………………………..
43
Аппарат Гольджи………. ……………………………………………
44
Лизосомы ……………………………………………………………....
46
Митохондрии …………………………………………………………..
48
Немембранные органеллы ………………………………………….
51
Рибосомы ……………………………………………………………....
51
Цитоскелет ……………………………………………………………..
52
Клеточный центр ………………………………………………………
56
Реснички и жгутики …………………………………………………...
58
Включения ……………………………………………………………..
59
Пластиды ……………………………………………………………....
62
Пероскисомы ………………………………………………………….
66
Вакуоли растительных клеток……………………………………...
66
Ядро……………………………………………………………………..
67
Роль ядерных структур в жизнедеятельности клетки……………….
67
Структура и химический состав клеток………………………………
68
Формы и размеры ядра………………………………………………...
68
Химический состав ядра……………………………………………....
69
Хроматин ……………………………………………………………...
70
Оглавление
4
Кариотип человека……………………………………………………..
75
Изменения кариотипа………………………………………………….
76
Структурные изменения хромосом…………………………………...
77
Редупликация хромосом……………………………………………….
78
Ядрышко……………………………………………………………….
79
Ядерная оболочка…………………………………………………….
80
Ядерный белковый матрикс………………………………………...
81
Клеточный цикл………………………………………………………
82
Деление клеток………………………………………………………..
84
Митоз…...………………………………………………………………
84
Митотический цикл ………………………………………………….
93
Амитоз………………………………………………………………….
94
Мейоз…………………………………………………………………...
95
Заключение…………………………………………………………….
100
Словарь цитологических терминов………………………………..
101
Контрольные вопросы и задачи…………………………………….
103
Тема “Клетка”…………………………………………………………..
103
Тема “Цитоплазма”…………………………………………………….
103
Тема “Ядро клетки. Деление ядра”…………………………………...
104
Тестовые задания к 4 занятию………………………………………...
105
Вопросы к экзаменам………………………………………………...
106
Библиографический список………..…………..……………………
108
Приложение…………………………………………………………...
111
5
Предисловие
Настоящее пособие рассчитано на студентов 1 курса педагогических университетов, которые при изучении ряда биологических дисциплин уже так или иначе знакомились со строением и жизнью клетки. Основные сведе­ния о клетке и краткая история клеточного учения сообщаются в курсе гис­тологии и эмбриологии, где рассматриваются в основном клетки животных. В курсе ботаники разбирается строение растительных клеток. В курсах ана­томии, физиологии человека и животных, физиологии растений, микробио­логии и других даются представления о специфических чертах строения кле­ток – организмов, тканевых клеток, о специфических процессах их жизне­деятельности. Курс биохимии знакомит с химическим составом клетки, с ос­новными обменными процессами в ней.
Курс цитологии объединяет и дополняет ранее полученные студентом – биологом сведения. Основная ее задача в том, чтобы дать представление о клетке как целостной сложившейся в процессе развития системе.
Данное пособие позволит студентам пользоваться изложенным мате­риалом в своей самостоятельной работе, в изучении данного курса в высшем учебном заведении.
Настоящее руководство является лишь кратким изложением данного предмета, но, тем не менее, позволит всесторонне подготовиться к текущему экзамену или зачету.
Автор надеется, что данное пособие будет использовано не только для изучения цитологии в процессе подготовки студентов биологических специ­альностей, но и в качестве справочного материала для выпускников и помо­жет им подготовиться по данному разделу к поступлению в вуз.
6
Список сокращений и условных обозначений
А – единица измерений – ангстрем (3,4 х 10 мм)
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота
РНК – рибонуклеиновая кислота
м-РНК – матричная рибонуклеиновая кислота
т-РНК – транспортная рибонуклеиновая кислота
и-РНК – информационная рибонуклеиновая кислота
р-РНК – рибосомальная рибонуклеиновая кислота
АТФ-аза – аденозинтрифосфатаза
ЭПС (ЭПР) – эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум)
КГ – комплекс Гольджи
АТФ – аденозинтрифосфорная кислота
НАД – никотинамидадениндинуклеотид
G1пресинтетический период митоза
S - синтетический период митоза
G2 - постсинтетический период митоза
Глн – глицин
Ала – аланин
Вал – валин
Лей – лейцин
Иле – изолейцин
Сер – серин
Тре – треонин
Цис – цистеин
Мет – метионин
Асп – аспарагиновая кислота
Глу – глутаминовая кислота
Асн – аспарагин
Гли – глутамин
Арг – аргинин
Лиз – лизин
Три – триптофан
Гис – гистидин
Про – пролин
Фен – фенилаланин
Тир – тирозин
7
Введение в предмет цитологии
Цитология – относится к числу биологических дисциплин. Биология
– это совокупность наук о живой природе – о строении, развитии и многооб­разии живых существ, их взаимоотношениях и связях с внешней средой. Биология включает такие разделы, как: морфологию и физиологию. Морфо- логия изучает форму и строение живых существ; физиология наука о жиз- недеятельности организмов, процессах, протекающих в их структурных эле­ментах, о регуляции функций. К числу морфологических дисциплин отно­сится и цитология – наука, изучающая строение, химический состав, разви- тие и функции клеток, процессы их воспроизведения, восстановления, адап­тации к постоянно меняющимся условиям внешней среды. Другими словами, цитология – это наука о клетке. Цитология подразделяется на общую, изу- чающую общие принципы строения клетки, и частную, рассматривающую также особенности строения и функции специализированных клеток.
Объектами цитологических исследований являются клетки многокле­точных организмов, бактериальные клетки, клетки простейших. Клетка - это структурная и функциональная единица живого организма, ограничен­ная полупроницаемой мембраной и способная к самовоспроизведению.
Структурная организация клеток
Клетки характеризуются чрезвычайным структурно-функциональным разнообразием.
Во всем многообразии организмов выделяют 2 основные группы – не­клеточные и клеточные формы жизни.
Неклеточные формы. К этой группе относятся вирусы, составляющие группу вира (Vira). Вирусы проявляют жизнедеятельность только в стадии внутриклеточного паразитизма. Вирусы незначительны по величине, поэто­му могут проходить через любые фильтры, в том числе каолиновые, имею­щие наиболее мелкие поры. В связи с этим, первоначально эти вирусы назы­вались фильтрующимися. Существование вирусов было доказано русским ботаником Д.И. Ивановским в 1892 г. Большинство вирусов имеют субмик­роскопические размеры. Наиболее мелкие вирусы, например возбудитель ящура, немного превышают молекулу яичного белка, но есть такие вирусы (возбудитель оспы), которые видны в световой микроскоп. Вирусы состоят из фрагмента генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной оболочкой, ко­торую называют капсидом
Размеры вирусов колеблются от 17 до 300 нм. Многие вирусы имеют
форму икосаэдра, например аденовирусы, вызывающие респираторные за­болевания человека, другие - палочковидную, например вирус табачной мозаики (см. рис. 1-2).
8
Белковые субъединицы
Спираль РНК проходит по же­лобку, образо­ванному белком
Рис. 1. Геометрическая модель икосаэдра.
Частица аденовируса икосаэдрической формы с угловыми шипами. Адено-
вирусы - это ДНК-содержащие вирусы, которые были выделены из клеток
самых разных млекопитающих и птиц. Они поражают лимфоидную-ткань и
вызывают у человека различные респираторные заболевания.
Рис. 2. Строение палоч-
ковидного вируса табачной мозаики
(на рисунке изображена часть этого вируса).
Зрелые частицы вирусов – вирионы, или вироспоры, состоят из белковой оболочки и нуклеокапсида, в котором сосредоточен генетический материал, он представлен нуклеиновой кислотой. Одни вирусы содержат ДНК, другие РНК. На стадии вироспоры никакие проявления жизни не обнаруживаются. Некоторые из вирусов могут кристаллизоваться наподобие неживого вещест­ва, но, проникая в клетки чувствительных к ним организмов, проявляют все признаки живого. В жизненном цикле вирусов выделяют следующие этапы: прикрепление вируса к клетке, внедрение в нее, латентную стадию, образова­ние нового поколения вирусов, выход вироспор. В латентный период вирус как бы исчезает, в это время вся клетка синтезирует необходимые для вируса белки и нуклеиновые кислоты, в результате чего образуется новое поколение вироспор.
9
Жизненные циклы большинства вирусов, вероятно, схожи. А вот в клетку они проникают по разному, так как в отличие от вирусов животных бактериальным и растительным вирусам приходится проникать еще через клеточную стенку. Проникновение в клетку не всегда происходит путем инъ­екции (впрыскивания молекул носительницы генетической информации в клетку) и не всегда белковая оболочка вируса остается на внешней поверхно­сти клетки.
Попав внутрь клетки-хозяина, некоторые фаги не реплизируются. Вме­сто этого их ДНК включается в ДНК хозяина, где она может оставаться не­сколько поколений. Такие фаги называются умеренными фагами, а бактерии, в которых они затаились, лизогенными. Такой неактивный фаг называется профагом, или провирусом.
Описаны сотни вирусов, вызывающих заболевания у растений, живот­ных и человека. К числу вирусных заболеваний человека относятся бешенст­во, оспа, таежный энцефалит, грипп, эпидемический паротит, инфекционная желтуха, корь, бородавки и другие.
Группа вирусов, приспособившаяся к паразитированию в теле бакте-
рий и вне этих клеток не проявляющая свойств жизни, называется фагами.
По своему строению фаги сложнее вирусов. Многие фаги имеют головасти­кообразную форму, состоят из головки и хвоста. Внутреннее содержание фа­га – ДНК и белок.
Фаги проникая в бактерии, размножаются и вызывают растворение (лизис) бактериальной клетки. В связи с этим они используются с профилак­тической и лечебной целью, например против возбудителей холеры, брюш­ного тифа и других.
Жизненный цикл бактериофага имеет следующие этапы: 1) Фаг при­ближается к бактерии и хвостовые нити связываются с рецепторными участ­ками на поверхности бактериальные клетки; 2) Хвостовые клетки изгибают­ся и «заякоривают» шипы и базальную пластинку на поверхности клетки; хвостовой чехол сокращается, заставляя полый стержень входить в клетку; этому способствует фермент – лизоцин, который находится в базальной пла­стинке, таким образом, ДНК вводится внутрь клетки; 3) ДНК фага кодирует синтез ферментов фага, используя для этого белоксинтезирующий аппарат (рибосомы и т.п.) хозяина; 4) Фаг инактивирует ДНК хозяина, а ферменты фага совсем расщепляют ее; ДНК фага подчиняет себе клеточный аппарат; 5) ДНК фага реплицируется и кодирует синтез новых белков оболочки; 6) Во­круг фаговой ДНК образуются новые частицы фага; под контролем ДНК фа­га синтезируется лизоцим; 7) Лизис клетки, т.е. клетка лопается под воздей­ствием лизоцима; высвобождается около 200-1000 новых фагов; фаги инфи­цируют другие клетки.
Происхождение вирусов неясно. Одни исследователи считают их пер­вично примитивными организмами, стоящими у истоков жизни. Другие по­лагают, что вирусы происходят от организмов, имевших более высокую ор­ганизацию, но сильно упростившихся в связи с паразитическим образом
10
жизни. И третья точка зрения утверждает, что эта сборная группа организ­мов, включающая как первично примитивных, так и упростившихся в своей организации существ.
Клеточные формы. Организмы, имеющие клеточное строение, делят­ся на 2 категории: не имеющие типичного ядра – доядерные (прокариоты), и обладающие типичным ядром – ядерные (эукариоты). К прокариотам от­носятся бактерии и сине-зеленые водоросли, к эукариотам – все остальные растения и все животные.
Прокариоты. Это доядерные организмы, не имеющие типичного ядра, заключенного в ядерную мембрану.
К прокариотам относятся все бактерии, в том числе таи называемые
сине-зеленые водоросли. Прокариотическим клеткам присущи все важней­шие жизненные функции, но у них нет окруженных мембраной органоидов, имеющихся в эукариотических клетках, а именно, митохондрий, ЭПС, хло­ропластов, лизосом и аппарата Гольджи. Самое важное отличие прокариоти­ческих клеток от эукариотических состоит в том, что у них нет окруженного мембраной ядра. Прокариотическая ДНК представлена одной свернутой кольцевой молекулой, занимающей "нуклеарную область". Эта ДНК связана лишь с очень небольшим количеством белка, в отличие от ДНК эукариот. Генетический материал находится в нуклеоиде. Он представлен единствен­ной нитью ДНК, образующей кольцо. Эта нить не имеет сложного строения, характерного для хромосом, и названа генофорумом. Деление клетки только бинарное.
Прокариотические клетки не имеют внутренних мембран, кроме впя­чиваний плазмалеммы. Эти клетки покрыты жесткой клеточной стенкой и часто слизистой капсулой. В состав клеточной стенки входит пептидогликан, молекула которого представляет собой правильную сеть из параллельно рас­положенных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими цепя­ми пептидов. Плазматическая мембрана обычно образует впячивание внутрь цитоплазмы – мезосомы. На мембранах мезосом располагаются окисли­тельно-восстановительные ферменты, а у фотосинтезирующих прокариот – и соответствующие пигменты (бактериохлорофилл у бактерий, хлорофилл а и фикобилины у цианобактерий). Благодаря этому такие мембраны способны выполнять функции митохондрий, хлоропластов и других органелл. Бесполое размножение прокариот осуществляется простым делением клетки пополам.
Эукариоты. Это ядерные организмы, имеющие ядро, окруженное ядерной мембраной. Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах, имеющих сложное строение и состоящих из нитей ДНК и белковых молекул. Деление клеток митотическое. Есть центриоли, митохон­дрии, пластиды. Среди эукариот существуют как одноклеточные, так и мно­гоклеточные организмы.
Эукариотов принято делить на 2 царства – растений и животных. Рас­тения по ряду признаков отличаются от животных. У большинства растений
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]