Практичне заняття № 4 Тема: Загальна характеристика клітини. Порівняння різних видів клітин.

План:

І.Екоінформація.

ІІ. Основні питання заняття:

1. Загальні відомості про структуру клітини. Порівняння прокаріотичної та еукаріотичної клітин.

2. Історія вивчення клітин. Основні положення клітинної теорії.

3. Методи вивчення клітин.

4. Теорії походження клітин.

Тема для самостійного опрацювання № 9:

Клітинна теорія. Порівняльна характеристика клітин прокаріотів та еукаріотів.

Тема для самостійного опрацювання № 10:

Становлення сучасних уявлень про будову плазматичної мембрани. Значення асиметрії плазматичної мембрани.

Література:

1. Шелест З.М., Войцицький В.М, Гайченко В.А., Байрак О.М. Біологія. – К.: Кондор, 2007. - 760 с.

2. В.П. Сигида. Загальна біологія: структурований конспект / Ф.О. Заплічко, В.П. Миколайко, 2003. – 364 с.

Необхідно знати:

1. Історію відкриття клітин.

2. Методи цитологічних досліджень.

3. Основні положення клітинної теорії.

4. Основні гіпотези походження клітин та тканин.

5. Знати основні органели клітини та називати одно-, дво- та немембранні органели.

6. Називати основні відмінності у будові прокаріотичної та еукаріотичної клітини.

7. Порівнювати будову рослинної та тваринної клітин.

Знати терміни:

1. клітина,2. еукаріотична клітина,3. Прокаріотична клітина, 4. клітинний компартмент, 5. органели, 6. протопласт, 7. плазматична мембрана 8. латеральна дифузія, 9. інтегральні та периферійні протеїди, 10. глікокалікс, 11. цитологія

Теоретичний матеріал: Етапи дослідження клітин

Рік	Прізвища вчених	Відкриття
1599	Ганс та Захарій Янсени	Сконструювали прилади зі збільшувальних скелець
1665	Р. Гук	Запропонував термін «клітина» (від лат cellulae - клітинка). Зріз тканини коркового дерева, структура якого нагадувала бджолині соти.
1702	А. ван Левенгук	Вдосконалив мікроскоп Гука і відкрив бактерії, одноклітинні організми, описав еритроцити та сперматозоїди
1827	К.М. Бер	Одиниця розвитку - клітина. Він відкрив яйцеклітину ссавців і показав, що багатоклітинні організми ссавців розвиваються з одної клітини - заплідненої яйцеклітини - зиготи.
1828	Р. Броун	Відкрив ядро в рослинних клітинах
1838	Т. Шванн	Сформулював деякі положення клітинної теорії.
1858	Р. Вірхов	Сформулював положення : «клітина від клітини»
1869	Ф. Мішер	Виділив з ядра клітини нуклеїнові кислоти
1880	В. Флеммніг	Відкрив та описав мітоз в клітинах лічинок земноводних
1882	Е. Страсбургер	Ввів поняття «цитоплазма»
1894	Р. Альтманн	Під назвою біопластів відкрив та описав мітохондрії
1898	К. Гольджі	Відкрив та описав внутрішній сітчастий апарат
1931	Е. Руска, М. Кноль	Винахід електронного мікроскопа
1945	Клод та Портер	Відкрили ЕПС
1949	К. де Дюв	Лізосоми
1954	Дж. Пелед	Відкрив рибосоми та описав зернисту ЕПС
1962	Ніренберг, Очоа, Хорана	Розшифрували генетичний код
1966	Сінгер	Запропонував «рідинно-мозаїчну» модель будови плазматичної мембрани
1971	Сазерленд	Отримав Нобелівську премію за дослідження механізмів транспорту речовин через плазматичні мембрани
1974	Де Дюв, Клод та Пелед	Отримали Нобелівську премію за встановлення морфо-функціональних особливостей молекулярних структур клітини
2012	Яманака, Гердон	Вивчення стовбурових клітин
2013	Шекман, Зюдхоф	Вивчення механізмів регуляції везикулярного транспорту - основної транспортної системи клітини

Основні положення клітинної теорії.

Була сформульована німецьким вченим Т.Шванном у 1839 р. у науковій праці «Мікроскопічні дослідження про відповідність у структурі і рості тварин і рослин». В доповненні брали участь Бер, Вірхов.

Сучасні положення:

1. Клітина - елементарна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів.

2. Клітини всіх одноклітинних та багатоклітинних організмів подібні за походженням, будовою та хімічним складом, основними процесами життєдіяльності.

3. Кожна нова клітина утворюється в результаті розмноження материнської.

4. У багатоклітинних організмів, які розвиваються з однієї клітини, різні типи клітин формуються завдяки їх спеціалізації протягом індивідуального розвитку особин і з них формуються тканини.

Методи дослідження клітин. За останні 50 років цитологія із описово-морфологічної переросла в експериментальну науку, яка ставить перед собою завдання вивчення фізіології клітини, її основних життєвих функцій і властивостей, її біології. Іншими словами, сучасна цитологія - це фізіологія клітини. Можливість такого переключення інтересів дослідників виникла в зв'язку з тим, що цитологія тісно пов'язана з науковими і методичними досягненнями біохімії, біофізики, молекулярної біології і генетики.

Цитологія виникла як гілка мікроанатомії і тому основний метод, який використовують цитологи, - це

1. Метод світлової мікроскопії, за допомогою якого можна вивчати загальний план будови клітин та їхні органели, розміром не менш ніж 200 нм. Сучасні світлові мікроскопи можуть забезпечувати збільшення об'єктів у 2-3 тис. разів. У наш час цей метод знайшов цілий ряд доповнень і модифікацій, що значно розширило коло задач і питань, які вирішує цитологія.

2. Революційним моментом у розвитку сучасної цитології і біології загалом було застосування електронної мікроскопії, яка відкрила надзвичайно широкі перспективи. Електронний мікроскоп здатний збільшувати зображення об'єктів дослідженнявід 100 000 до 500 000 разів і більше. Завдяки йому були відкриті ті структури клітини, які мають розміри, менші за довжину світлової хвилі; з'явилася можливість розглянути віруси і рибосоми - органели, на яких відбувається біосинтез білка.

3.Тунельний мікроскоп - вивчає ультраструктуру клітин на рівні окремих атомів.

4. Для вивчення живих клітин використовують метод прижиттєвого вивчення. За допомогою даного методу можна вивчати певні процеси життєдіяльності клітини (рух цитоплазми, процес поділу тощо).

А) Метод зафіксованого вивчення.

Б) Метод культури клітин - вивчення клітин та життєвих процесів приїх розмноженні на поживному середовищі.

В) метод мікрохірургії - за допомогою мікроманіпулятора проводяться операції на живій клітині по видаленню або внесенню в клітини окремих органел, речовин.

Г) метод цитохімічного аналізу - форбування певними реактивами різних речовин, які входять до складу цитоплазми.

Також при вивченні живих клітин широко використовують флуоресцентні барвники

5. і метод флуоресцентної мікроскопії. Суть його полягає в тому, що ціла низка речовин має здатність світитися при поглинанні ними світлової енергії. Спектр флуоресценції завжди зміщений в бік довгих хвиль по відношенню до збуджуваного флуоресценцією опромінення. Так, наприклад, виділений хлорофіл при освітленні в ультрафіолетових променях буде світитися червоним кольором. Цей принцип використовується в флуоресцентній мікроскопії: розгляд флуоресцентних об'єктів у зоні короткохвильових хвиль. Зазвичай у таких мікроскопах застосовуються фільтри, які дають освітлення в синьо-фіолетовій гамі. Існують також ультрафіолетові люмінесцентні мікроскопи.

6. За допомогою методу фракціонування та центрифугування клітин цитологи можуть також отримувати і вивчати різні компоненти клітини. При цьому клітини попередньо подрібнюють і в особливих пробірках уміщують у центрифугу - прилад, здатний розвивати швидкі колові оберти. Оскільки різні клітинні структури мають неоднакову щільність, вони під час роботи центрифуги осідатимуть неодночасно й утворюватимуть шари: щільніші - швидше, і тому опиняться внизу, а менш щільні - повільніше, вони розташовуються зверху. Шари, що утворилися, розділяють і досліджують окремо.

7. Є метод, у якому використовуються мічені ізотопи - метод авторадіографії - реєстрації речовин, мічених ізотопами. Вичаються біохімічні процеси. За допомогою цього методу можна побачити, в які частини клітини потрапляють речовини, мічені радіоактивними ізотопами. Це важливо для з'ясування особливостей функціонування клітини. Даний метод - один із основних методів, який дає можливість вивчати динаміку синтетичних процесів, порівнювати їх інтенсивність у різних клітинах на одному і тому ж апараті. Так, наприклад, за допомогою даного методу при використанні мічених попередників РНК було показано, що вся РНК синтезується тільки в інтерфазному ядрі, а наявність цитоплазматичної РНК є результатом міграції синтезованих молекул із ядра.

Виходячи з вищесказаного, можна зробити висновок про багатство арсеналу методів у цитології, який дає можливість дати точний аналіз, починаючи від форми, загального вигляду і розміру клітини, закінчуючи молекулярною композицією її окремих частин.

Еволюція клітин тварин і рослин:

Є декілька гіпотез.

Походять від прокаріот. Перша прокаріотична клітина виникла 3.5 х 10⁹ років назад. Спочатку були абіотичні органічні молекули , а потім утв мембрана, потім почали розв механізми синтезу і енергетичного забезпечення. Спочатку було бродіння, а потім більш ефективне дихання. Таким чином, еволюційні зміни прокаріот йшли в напрямку розвитку шляхів метаболізму у формування «голих» молекул ДНК. Викопні рештки клітин еукаріотичного типу виявлені в породах, вік яких не перевищує 1,0—1,4 млрд. років. Більш пізніше виникнення, а також подібність загалом їх основних біохімічних процесів (самоподвоєння ДНК, синтез білка на рибосомах) змушують думати про те, що еукаріотичні клітини пішли від предка, що мав прокаріотичну будову.

У еукаріот – в напрямку збільшення різноманітності у формі, розмірах, структурі та функціях. Вважають, що еукаріотичні клітини виникли 1 млрд років назад з прокаріотичних клітин і є 4 гіпотези:

1. Гіпотеза клітинного симбіозу (ендосимбіотична) Мережковського-Маргеліса. Найбільш розповсюджена. Еукаріотична клітина є симбіотичною структурою, що складається з клітин різних типів, об’єднаних спільною клітинною мембраною. Пластиди походять від бактерій, що були предками сучасних ціанобактерій, а мітохондрії – від аеробних бактерій - протеобактерій, які вступали в симбіоз з анаеробними клітинами, здатними до фотосинтезу. Ядро- рудимент давнього в/кл симбіонта або разом з одно мембранними органелами могло виникнути внаслідок вп’ячування плазматичної мебрани в середину клітини. На користь цієї теорії говорить те, що пластиди та мітохондрії мають власні ДНК та РНК, які подібні до бактеріальних (кільцеві, мали розмірів, без гістонів), гени мітохондрій мутують незалежно від ядерних генів, нові мітохондрії та пластиди утворюються шляхом бінарного поділу, їх рибосоми подібні до бактеріальних (70S).

2. Еукаріоти походять від прокаріот, що містили декілька геномів, прикріплених до мембрани. Внаслідок вгинання мембрани утв мезосоми, здатні до фотосинтезу, потім органели спеціалізувалися, одна з них розвинулась в ядро, ін – розвинули фотосинтетичну та дих функції, і стали пластидами та мітохондріями. На користь цієї гіпотези свідчить подвійна мембрані у мітохондрій, пластид, ядра.

3. Походження від аеробних ферментативних гетеротрофів. Вони розвинули здатність до ендоцитозу, захоплювали ін прокаріотів, які дегенерували в органели.

4. Еукаріоти походять з прокаріот, що містили багато геномів, які розпалися на частини, що дали початок структурам з ін функціями, які вкрилися подвійними мембранами, що призвело до утв ядра, мітохондрій, мембранної сітки. На користь – спільний генетичний код ядерної і мітохондріальної ДНК.

Геном клітин розвивався у напрямку об’єднання ДНК з білками (утв хромосоми). Що стосується кількості хромосом, оо це пояснити важко. Більш примітивні організми – більше хромосом. Мітоз забезпечив багатоклітинність

Початок тканеутворення – у вольвокса – клітини диференційовані. У губок – 5 диференційованих типів клітин, у кишковопорожнинних – 2-шарове тіло – екто- та ендодерма. Еволюція тканин А. А. Заварзин – одні й ті ж фактори еволюції забезпечили різноманітність організмів і одноманітність будови їх тканин. Спільність будови тканин у філогенетично далеких тварин ( м’язова однакова у членистоногих і деяких хребетних) А. А. Заварзин називав законом паралельних рядів тканнинної еволюції.