1—ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ЦИТОЛОГИИ,ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цитология (греч. цитоз - ячейка, клетка) - наука о клетке. Предметом цитологии является клетка как структурная и функ­циональная единица жизни. В задачи цитологии входит изучение строения и функцио­нирования клеток, их химического состава, функций отдель­ных клеточных компонентов, познание процессов воспроиз­ведения клеток, приспособления к условиям окружающей среды, исследование особенностей строения специализиро­ванных клеток, этапов становления их особых функций, раз­витие специфических клеточных структур и др. Для решения этих задач в цитологии используются различные методы. Основным методом исследования клеток является свето­вая микроскопия. Для изучения мелких структур применяют оптические приборы – микроскопы. С помощью световых микроскопов, в которых исполь­зуется солнечный или искусственный свет, удается выявить многие детали внутреннего строения клетки: отдельные органеллы, клеточную оболочку и т. п. Ультратонкое строение клеточных структур изучают с по­мощью метода электронной микроскопии. В отличие от све­товых в электронных микроскопах вместо световых лучей ис­пользуется пучок электронов. В элек­тронном микроскопе видны биологические мембраны,рибосомы, микро­трубочки и другие структуры. Для изучения химического состава, выяснения локализа­ции отдельных химических веществ в клетке широко исполь­зуются методы цито - и гистохимии, основанные на избира­тельном действии реактивов и красителей на определенные химические вещества цитоплазмы. Метод дифференциального центрифугирования позволяет детально исследовать химиче­ский состав органелл клетки после их разделения с помощью центрифуги. Метод рентгеноструктурного анализа дает воз­можность определять пространственное расположение и фи­зические свойства молекул (например, ДНК, белков), входя­щих в состав клеточных структур. Для выявления локализации мест синтеза биополимеров, определения путей переноса веществ в клетке, наблюдения за миграцией или свойствами отдельных клеток широко ис­пользуется метод авторадиографии - регистрации веществ, меченных радиоактивными изотопами. Многие процессы жизнедеятельности клеток, в частности деление клетки, фик­сируют с помощью кино- и фотосъемки. Для изучения клеток органов и тканей растений и живот­ных, процессов деления клетки, их дифференциации и спе­циализации используют метод клеточных культур - выращи­вание клеток (и целых организмов из отдельных клеток) на питательных средах в стерильных условиях. При исследовании живых клеток, выяснении функций от­дельных органелл используют метод микрохирургии - опера­тивное воздействие на клетку, связанное с удалением или им­плантированием отдельных органелл, их пересаживанием из клетки в клетку, введением в клетку крупных макромолекул. Исследования клетки имеют большое значение для разгадки заболеваний. Открытие клетки принадлежит английскому естествоиспыта­телю Р. Гуку, который в 1665 г. впервые рассмотрел тонкий срез пробки в усовершенствованном им микроскопе. На срезе было видно, что пробка имеет ячеистое строение, подобно пчели­ным сотам. Эти ячейки Р. Гук назвал клетками. Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили итальянский врач и  микроскопист М. Мальпиги (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682). Их внимание привлекли форма клеток и стро­ение их оболочек. В результате было дано представление о клетках как о «мешочках» или «пузырьках», наполненных «пи­тательным соком». Значительный вклад в изучение клетки внес голландский микроскопист А. ван Левенгук, открывший в 1674 г. однокле­точные организмы - инфузории, амебы, бактерии... В 1831 г. англий­ский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках расте­ний, а в 1833 г. он пришел к выводу, что ядро является обяза­тельной частью растительной клетки. Таким образом, в это время меняется представление о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а ее содержимое. Многочисленные наблюдения по строению клетки, обобщение накопленных данных позволили немецкому зоологу Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд обобщений, которые впослед­ствии назвали клеточной теорией. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой. Дальнейшее развитие клеточной теории получило в рабо­тах Р. Вирхова (1858), который предположил, что клетки об­разуются из предшествующих материнских клеток. В 1874 г. Русским ботаником И. Д. Чистяковым, а в 1875 г. польским ботаником Э. Страсбургером было открыто деление клетки - митоз и, таким образом, подтвердилось предположение Р. Вирхова. Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии, послужила фундаментом для развития та­ких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она дала основы для понимания жизни, индивидуального развития, для объяснения эволюционной связи между организмами. Клеточная теория включает следующие основные положе­ния: •1.  Клетка - элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению, является единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов. •2.  Клетки всех живых организмов гомологичны по строе­нию, сходны по химическому составу и основным проявле­ниям жизнедеятельности. •3.  Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки. •4.  В многоклеточном организме клетки специализируют­ся по функциям и образуют ткани, из которых построены орга­ны и системы органов, связанные между собой межклеточны­ми, гуморальными и нервными формами регуляции.

2—Принцип работы на световом микроскопе

Штативная подставка выполняется в виде тяжелой отливки, обычно подковообразной формы. К ней на шарнире прикреплен тубусодержатель, несущий все остальные части микроскопа. С помощью тубуса, в который вмонтированы линзовые системы, можно перемещать их относительно образца для фокусировки. На нижнем конце тубуса расположен объектив. Как правило, микроскоп снабжен несколькими объективами разного увеличения на револьверной головке, которая позволяет устанавливать их в рабочее положение на оптической оси. При исследовании образца оператор обычно начинает с объектива, который имеет наименьшее увеличение и наиболее широкое поле зрения, находит интересующие его детали, после чего рассматривает их, пользуясь объективом с большим увеличением. Окуляр вмонтирован в конец выдвижного держателя, при помощи которого можно при необходимости изменять длину тубуса. Передвигая вверх и вниз весь тубус с объективом и окуляром, микроскоп наводится на резкость. В качестве образца обычно берется очень тонкий прозрачный слой или срез, который кладут на стеклянную пластинку прямоугольной формы, называемую предметным стеклом, а сверху накрывают более тонкой стеклянной пластинкой меньших размеров, которая называется покровным стеклом. Чтобы увеличить контраст, образец часто окрашивают химическими веществами. Предметное стекло кладут на предметный столик таким образом, чтобы образец находился над центральным отверстием столика. Столик, как правило, бывает снабжен механизмом для плавного и точного перемещения образца в поле зрения. Третья система линз – конденсор – концентрирует свет на образце. Держатель конденсоров, которых может быть несколько, находится под предметным столиком. Здесь же расположена ирисовая диафрагма для регулировки апертуры. Еще ниже находится осветительное зеркало, устанавливаемое в универсальном шарнире. За счет того, что зеркало отбрасывает свет лампы на образец оптическая система микроскопа и создает видимое изображение. Чтобы изображение формировалось на фотопленке, окуляр заменяется фотоприставкой.

3-Строение микроскопа

 В микроскопе выделяют две системы: оптическую и механическую (рис. 1). К оптической системе относят объективы, окуляры и осветительное устройство (конденсор с диафрагмой и светофильтром, зеркало или электроосветитель).

 

1 - окуляр, 2 - тубус, 3 - тубусодержатель, 4 - винт грубой наводки, 5 - микрометренный винт, 6 - подставка, 7 - зеркало, 8 - конденсор, ирисовая диафрагма и светофильтр, 9 - предметный столик, 10 - револьверное устройство, 11 - объектив, 12 - корпус коллекторной линзы, 13 - патрон с лампой, 14 - источник электропитания.

 

 

Объектив - одна из важнейших частей микроскопа, поскольку он определяет полезное увеличение объекта. Объектив состоит из металлического цилиндра с вмонтированными в него линзами, число которых может быть различным. Увеличение объектива обозначено на нем цифрами. В учебных целях используют обычно объективы х8 и х40. Качество объектива определяет его разрешающая способность.

Окуляр устроен намного проще объектива. Он состоит из 2-3 линз, вмонтированных в металлический цилиндр. Между линзами расположена постоянная диафрагма, определяющая границы поля зрения. Нижняя линза фокусирует изображение объекта, построенное объективом в плоскости диафрагмы, а верхняя служит непосредственно для наблюдения. Увеличение окуляров обозначено на них цифрами: х7, х10, х15. Окуляры не выявляют новых деталей строения, и в этом отношении их увеличение бесполезно. Таким образом, окуляр, подобно лупе, дает прямое, мнимое, увеличенное изображение наблюдаемого объекта, построенное объективом.

Для определения общего увеличения микроскопа следует умножить увеличение объектива на увеличение окуляра.

Осветительное устройство состоит из зеркала или электроосветителя, конденсора с ирисовой диафрагмой и светофильтром, расположенных под предметным столиком. Они предназначены для освещения объекта пучком света.

Зеркало служит для направления света через конденсор и отверстие предметного столика на объект. Оно имеет две поверхности: плоскую и вогнутую. В лабораториях с рассеянным светом используют вогнутое зеркало.

Электроосветитель устанавливается под конденсором в гнездо подставки.

Конденсор состоит из 2-3 линз, вставленных в металлический цилиндр. При подъеме или опускании его с помощью специального винта соответственно конденсируется или рассеивается свет, падающий от зеркала на объект.

Ирисовая диафрагма расположена между зеркалом и конденсором. Она служит для изменения диаметра светового потока, направляемого зеркалом через конденсор на объект, в соответствии с диаметром фронтальной линзы объектива и состоит из тонких металлических пластинок. С помощью рычажка их можно то соединить, полностью закрывая нижнюю линзу конденсора, то развести, увеличивая поток света.

Кольцо с матовым стеклом или светофильтром уменьшает освещенность объекта. Оно расположено под диафрагмой и передвигается в горизонтальной плоскости.

Механическая система микроскопа состоит из подставки, коробки с микрометренным механизмом и микрометренным винтом, тубуса, тубусодержателя, винта грубой наводки, кронштейна конденсора, винта перемещения конденсора, револьвера, предметного столика.

Подставка - это основание микроскопа.

Коробка с микрометренным механизмом, построенном на принципе взаимодействующих шестерен, прикреплена к подставке неподвижно. Микрометренный винт служит для незначительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива на расстояния, измеряемые микрометрами. Полный оборот микрометренного винта передвигает тубусодержатель на 100 мкм, а поворот на одно деление опускает или поднимает тубусодержатель на 2 мкм. Во избежание порчи микрометренного механизма разрешается крутить микрометренный винт в одну сторону не более чем на половину оборота.

Тубус или трубка - цилиндр, в который сверху вставляют окуляры. Тубус подвижно соединен с головкой тубусодержателя, его фиксируют стопорным винтом в определенном положении. Ослабив стопорный винт, тубус можно снять.

Револьвер предназначен для быстрой смены объективов, которые ввинчиваются в его гнезда. Центрированное положение объектива обеспечивает защелка, расположенная внутри револьвера.

Тубусодержатель несет тубус и револьвер.

Винт грубой наводки используют для значительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива с целью фокусировки объекта при малом увеличении.

Предметный столик предназначен для расположения на нем препарата. В середине столика имеется круглое отверстие, в которое входит фронтальная линза конденсора. На столике имеются две пружинистые клеммы - зажимы, закрепляющие препарат.

Кронштейн конденсора подвижно присоединен к коробке микрометренного механизма. Его можно поднять или опустить при помощи винта, вращающего зубчатое колесо, входящее в пазы рейки с гребенчатой нарезкой.

4—Основные положения клеточ.теории

Основные положения клеточной теории можно сформулировать следующим образом: клетка – структурная, функциональная и репродуктивная единица живых организмов:

1. Структурная единица – единица строения одно – и многоклеточных живых организмов.

2. Функциональная единица – на клеточном уровне протекают все основные процессы жизнедеятельности организма.

3. Репродуктивная единица – минимальная единица самовоспроизведения, как полового, так и бесполого.

Следовательно, клетка – самостоятельно функционирующая элементарная биологическая единица, на уровне которой возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточное строение организмов – основа единства органического мира.

В процессе эволюции клеточные структуры подвергались разнообразным воздействиям окружающей среды. Клетка – открытая, динамическая, относительно устойчивая система, компонентами которой являются органоиды, которые являются системами более низшего порядка.

В существовании клеточных структур проявляется одна из основных закономерностей, характеризующих живое – единство дискретного и целостного. Благодаря клеточному строению организм сохраняет целостность.

5—Общий план строения клеток животных,растений и бактерии.

Строение эукариотической клетки.

Клетки, образующие ткани животных и растений, значительно различаются по

форме, размерам и внутреннему строению. Однако все они обнаруживают

сходство в главных чертах процессов жизнедеятельности, обмена веществ, в

раздражимости, росте, развитии, способности к изменчивости.

Клетки всех типов содержат два основных компонента, тесно связанных между

собой, — цитоплазму и ядро. Ядро отделено от цитоплазмы пористой мембраной

и содержит ядерный сок, хроматин и ядрышко. Полужидкая цитоплазма заполняет

всю клетку и пронизана многочисленными канальцами. Снаружи она покрыта

цитоплазматической мембраной. В ней имеются специализированные структуры-

органоиды, присутствующие в клетке постоянно, и временные образования —

включения. Мембранные органоиды: наружная цитоплазматическая мембрана

(HЦM), эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы,

митохондрии и пластиды. В основе строения всех мембранных органоидов лежит

биологическая мембрана. Все мембраны имеют принципиально единый план

строения и состоят из двойного слоя фосфолипидов, в который с различных

сторон ива разную глубину погружены белковые молекулы. Мембраны органоидов

отличаются друг от друга лишь наборами входящих в них белков.

Цитоплазматическая мембрана. У всех клеток растений, многоклеточных

животных, у простейших и бактерий клеточная мембрана трехслойна: наружный и

внутренний слои состоят из молекул белков, средний — из молекул липидов.

Она ограничивает цитоплазму от внешней среды, окружает все органоиды клетки

и представляет собой универсальную биологическую структуру.

Рибосомы встречаются во всех типах клеток — от бактерий до клеток

многоклеточных организмов. Это округлые тельца, состоящие из

рибонуклеиновой кислоты (РНК) и белков почти в равном соотношении. В их

состав непременно входит магний, присутствие которого поддерживает

структуру рибосом. Рибосомы могут быть связаны с мембранами

эндоплазматической сети, с наружной клеточной мембраной или свободно лежать

в цитоплазме. В них осуществляется синтез белков.

Комплекс Гольджи в растительных клетках имеет вид отдельных телец,

окруженных мембранами. В животных клетках этот органоид представлен

цистернами, канальцами и пузырьками. В мембранные трубки комплекса Гольджи

из канальцев эндоплазматической сети поступают продукты секреции клетки,

где они химически перестраиваются, уплотняются, а затем переходят в

цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся из нее. В

цистернах комплекса Гольджи происходит синтез полисахаридов и их

объединение с белками, в результате чего образуются гликопротеиды.

Митохондрии — небольшие тельца палочковидной формы, ограниченные двумя

мембранами. От внутренней мембраны митохондрии отходят многочисленные

складки — кристы, на их стенках располагаются разнообразные ферменты, с

помощью которых осуществляется синтез высокоэнергетического вещества —

аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ)[4]. В зависимости от активности клетки и

внешних воздействий митохондрии могут перемещаться, изменять свои размеры,

форму. В митохондриях найдены рибосомы, фосфолипиды, РНК и ДНК. С

присутствием ДНК в митохондриях связывают способность этих органоидов к

размножению путем образования перетяжки или почкованием в период деления

клетки, а также синтез части митохондриальных белков.

Лизосомы - мелкие овальные образования, ограниченные мембраной и

рассеянные по всей цитоплазме. Встречаются во всех клетках животных и

растений. Они возникают в расширениях эндоплазматической сети и в комплексе

Гольджи, здесь заполняются гидролитическими ферментами, а затем

обособляются и поступают в цитоплазму. В обычных" условиях лизосомы

переваривают частицы, попадающие в клетку путем фагоцитоза, и органоиды

отмирающих клеток. Продукты лизиса выводятся через мембрану лизосомы в

цитоплазму, где они включаются в состав новых молекул. При разрыве

лизоеомной мембраны ферменты поступают в цитоплазму и переваривают ее

содержимое, вызывая гибель клетки.

Пластиды есть только в растительных клетках и встречаются, у большинства

зеленых растений. В пластидах синтезируются и накапливаются органические

вещества. Различают пластиды трех видов: хлоропласты, хромопласты и

лейкопласты.

Хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл.

Они находятся в листьях, молодых стеблях, незрелых плодах. Хлоропласты

окружены двойной мембраной. У высших растений внутренняя часть хлоропластов

заполнена полужидким веществом, в котором параллельно друг другу уложены

пластинки. Парные мембраны пластинок, сливаясь, образуют стопки, содержащие

хлорофилл. В каждой стопке хлоропластов высших растений чередуются слои

молекул белка и молекул липидов, а между ними располагаются молекулы

хлорофилла. Такая слоистая структура обеспечивает максимум свободных

поверхностей и облегчает захват и перенос энергии в процессе фотосинтеза.

Хромопласты — пластиды, в которых содержатся растительные пигменты (красный

или бурый, желтый, оранжевый). Они сосредоточены в цитоплазме клеток

цветков, стеблей, плодов, листьев растений и придают им соответствующую

окраску. Хромопласты образуются из лейкопластов или хлоропластов в

результате накопления пигментов каротиноидов[5].

Лейкопласты—бесцветные пластиды, располагающиеся в неокрашенных частях

растений: в стеблях, корнях, луковицах и др. В лейкопластах одних клеток

накапливаются зерна крахмала, в лейкопластах других клеток — масла, белки.

Все пластиды возникают из своих предшественников — пропластид. В них

выявлена ДНК, которая контролирует размножение этих органоидов.

Клеточный центр, или центросома, играет важную роль при делении, клетки

и состоит из двух центриолей. Он встречается у всех клеток животных и

растений, кроме цветковых, низших грибов и некоторых, простейших. Центриоли

в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и

располагаются на его полюсах. В делящейся клетке первым делится клеточный

центр, одновременно образуется ахроматиновое веретено, ориентирующее

хромосомы при расхождении их к полюсам. В дочерние клетки отходит по одной

центриоле.

У многих растительных и животных клеток имеются органоиды специального

назначения: реснички, выполняющие функцию движения (инфузории, клетки

дыхательных путей), жгутики (простейшие одноклеточные, мужские половые

клетки у животных и растений и др.).

Включения - временные элемеаты, возникающие в клетке на определенной

стадии ее жизнедеятельности в результате синтетической функции. Они либо

используются, либо выводятся из клетки. Включениями являются также запасные

питательные вещества: в растительных клетках—крахмал, капельки жира, блки,

эфирные масла, многие органические кислоты, соли органических и

неорганических кислот; в животных клетках - гликоген (в клетках печени и

мышцах), капли жира (в подкожной клетчатке); Некоторые включения

накапливаются в клетках как отбросы — в виде кристаллов, пигментов и др.

Вакуоли — это полости, ограниченные мембраной; хорошо выражены в клетках

растений и имеются у простейших. Возникают в разных участках расширений

эндоплазматической сети. И постепенно отделяются от нее. Вакуоли

поддерживают тургорное давление, в них сосредоточен клеточный или

вакуолярный сок, молекулы которого определяют его осмотическую

концентрацию. Считается, что первоначальные продукты синтеза - растворимые

углеводы, белки, пектины и др. — накапливаются в цистернах

эндоплазматической сети. Эти скопления и представляют собой зачатки будущих

вакуолей.

Цитоскелет. Одной из отличительных особенностей эукариотической клетки

является развитие в ее цитоплазме скелетных образований в виде

микротрубочек и пучков белковых волокон. Элементы цитоскелета тесно связаны

с наружной цитоплазматической мембраной и ядерной оболочкой, образуют

сложные переплетения в цитоплазме. Опорные элемеиты цитоплазмы определяют

форму клетки, обеспечивают движение внутриклеточных структур и перемещение

всей клетки.

Ядро клетки играет основную роль в ее жизнедеятельности, с его удалением

клетка прекращает свои функции и гибнет. В большинстве животных клеток одно

ядро, но встречаются и многоядерные клетки (печень и мышцы человека, грибы,

инфузории, зеленые водоросли). Эритроциты млекопитающих развиваются из

клеток-предшественников, содержащих ядро, но зрелые эритроциты утрачивают

его и живут недолго.

Ядро окружено двойной мембраной, пронизанной порами, посредством которых

оно тесно связано с каналами эндоплазматической сети и цитоплазмой. Внутри

ядра находится хроматин — спирализованные участки хромосом. В период

деления клетки они превращаются в палочковидные структуры, хорошо

различимые в световой микроскоп. Хромосомы — это сложный комплекс белков с

ДНК, называемый нуклеопротеидом[6].

Функции ядра состоят в регуляции всех жизненных отправлений клетки,

которую оно осуществляет при помощи ДНК и РНК-материальных носителей

наследственной информации. В ходе подготовки к делению клетки ДНК

удваивается, в процессе митоза хромосомы расходятся и передаются дочерним

клеткам, обеспечивая преемственность наследственной информации у каждого

вида организмов.

Кариоплазма — жидкая фаза ядра, в которой в растворенном виде находятся

продукты жизнедеятельности ядерных структур.

Ядрышко — обособленная, наиболее плотная часть ядра.

В состав ядрышка входят сложные белки и РНК, свободные или связанные

фосфаты калия, магния, кальция, железа, цинка, а также рибосомы. Ядрышко

исчезает перед началом деления клетки и вновь формируется в последней фазе

деления.

Таким образом, клетка обладает тонкой и весьма сложной организацией.

Обширная сеть цитоплазматических мембран и мембранный принцип строения

органоидов позволяют разграничить множество одновременно протекающих в

клетке химических реакций. Каждое из внутриклеточных образований имеет свою

структуру и специфическую функцию, но только при их взаимодействии возможна

гармоничная жизнедеятельность клетки. На основе такого взаимодействия

вещества из окружающей среды поступают в клетку, а отработанные продукты

выводятся из нее во внешнюю среду — так совершается обмен веществ.

Совершенство структурной организации клетки могло возникнуть только в

результате длительной биологической эволюции, в процессе которой

выполняемые ею функции постепенно усложнялись.

Простейшие одноклеточные формы представляют собой и клетку, и организм со

всеми его жизненными проявлениями. В многоклеточных организмах клетки

образуют однородные группы — ткани. В свою очередь ткани формируют органы,

системы, и их функции определяются общей жизнедеятельностью целостного

организма.

2. Прокариотическая клетка.

Помимо организмов с типичной клеточной организацией {эукариотические

клетки) существуют относительно простые, доядерные, или прокариотические,

клетки — бактерии и синезеленые, у которых отсутствуют оформленное ядро,

окруженное ядерной мембраной, и высокоспециализированные внутриклеточные

органоиды. Особую форму организации живого представляют вирусы и

бактериофаги (фаги). Их строение крайне упрощено: они состоят из ДНК (либо

РНК) и белкового футляра. Свои функции обмена веществ и размножения вирусы

и фаги осуществляют только внутри клеток другого организма: вирусы — внутри

клеток растений и животных, фаги - в бактериальных клетках как паразиты на,

генетическом уровне.

К прокариотам относят бактерии и сине-зелёные водоросли (цианеи)[7].

Наследственный аппарат прокариот представлен одной кольцевой молекулой ДНК,

не образующей связей с белками и содержащей по одной копии каждого гена —

гаплоидные организмы. В цитоплазме имеется большое количество мелких

рибосом; отсутствуют или слабо выражены внутренние мембраны. Ферменты

пластического обмена расположены диффузно. Аппарат Гольджи представлен

отдельными пузырьками. Ферментные системы энергетического обмена

упорядоченно расположены на внутренней поверхности наружной

цитоплазматической мембраны. Снаружи клетка окружена толстой клеточной

стенкой. Многие прокариоты способны к спорообразованию в неблагоприятных

условиях существования; при этом выделяется небольшой участок цитоплазмы

содержащий ДНК, и окружается толстой многослойной капсулой. Процессы

метаболизма внутри споры практически прекращаются. Попадая в благоприятные

условия, спора преобразуется в активную клеточную форму. Размножение

прокариот происходит простым делением надвое.

Средняя величина прокариотических клеток 5 мкм. У них нет никаких

внутренних мембран, кроме впячиваний плазматической мембраны. Пласты

отсутствуют. Вместо клеточного ядра имеется его эквивалент (нуклеоид),

лишенный оболочки и состоящий из одной-единственной молекулы ДНК. Кроме

того бактерии могут содержать ДНК в форме крошечных плазмид, сходных с

внеядерными ДНК эукариот.

В прокариотических клетках, способных к фотосинтезу (сине-зеленые

водоросли, зеленые и пурпурные бактерии) имеются различно структурированные

крупные впячивания мембраны – тилакоиды, по своей функции соответствующие

пластидам эукариот. Эти же тилакоиды или – в бесцветных клетках – более

мелкие впячивания мембраны (а иногда даже сама плазматическая мембрана) в

функциональном отношении заменяют митохондрии. Другие, сложно

дифференцированные впячивания мембраны называют мезасомами; их функция не

ясна.

Только некоторые органеллы прокариотической клетки гомологичны

соответствующим органеллам эукариот. Для прокариот характерно наличие

муреинового мешка – механически прочного элемента клеточной стенки[8].

6-Хим.состав клеток

Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше.

На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов.

Условно все элементы клетки можно разделить на три группы.

Макроэлементы

К макроэлементам относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.

Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO₂ фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO₃ входит в состав минеральных скелетов.

Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.

Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.

Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работу почек у человека) и создании буферной системы крови.

Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.Содержится в межклеточных веществах.

Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.

Микроэлементы

К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк

Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина

Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов.

Селен - участвует в регуляторных процессах организма.

Ультрамикроэлементы

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

Молекулярный состав клетки

Соединения
Неорганические		Органические
Вода Минеральные соли	70—80 % 1,0—1,5 %	Белки Углеводы Жиры Нуклеиновые кислоты АТФ, соли и др. вещества	10—20 % 0,2—2,0 % 1—5 % 1,0—2,0 % 0,1—0,5 %

  7—Особенности строения прокариотических клеток

У прокариотических клеток есть цитоплазматическая мембрана, также как и эукариотических. У бактерий мембрана двуслойная (липидный бислой), у архей мембрана довольно часто бывает однослойной. Мембрана архей состоит из веществ, отличных от тех, из которых состоит мембрана бактерий. Поверхность клеток может быть покрыта капсулой, чехлом или слизью. У них могут быть жгутики и ворсинки.

Клеточное ядро, такое как у эукариот, у прокариот отсутствует. ДНК находится внутри клетки, упорядоченно свернутая и поддерживаемая белками. Этот ДНК-белковый комплекс называется нуклеоид. У эубактерий белки, которые поддерживают, ДНК отличаются от гистонов, которые образуют нуклеосомы (у эукариот). А у архибактерий гистоны есть, и этим они похожи на эукариот. Энергетические процессы у прокариотов идут в цитоплазме и на специальных структурах - мезосомах (выростах клеточной мембраны, которые закручены в спираль для увеличения площади поверхности, на которой происходит синтез АТФ). Внутри клетки могут находиться газовые пузырьки, запасные вещества в виде гранул полифосфатов, гранул углеводов, жировых капель. Могут присутствовать включения серы (образующейся, например, в результате бескислородного фотосинтеза). У фотосинтетических бактерий имеются складчатые структуры, называемые тилакоидами, на которых идет фотосинтез. Таким образом, у прокариот, в принципе, имеются те же самые элементы, но без перегородок, без внутренних мембран. Те перегородки, которые имеются, являются выростами клеточной мембраны.

Размер различных представителей прокариотов представлен на схеме ниже. Самая маленькая бактерия – это паразитическая микоплазма (она живет внутри клеток эукариот). Она имеет размер 0,1 мкм. Самые большие представители прокариот видны невооруженным глазом (граница видимости – 70-80 мкм). Эта спирохета имеет длину 250 мкм. Типичный же представитель прокариот имеет размер 0,5 мкм в ширину и 2 мкм в ширину. Для сравнения приведены размеры вируса герпеса – одного из самых крупных вирусов (имеет размер, сравнимый с размерами паразитической микоплазмы), и вируса желтой лихорадки – одного из самых маленьких вирусов, в пять раз меньше вируса герпеса; а также размеры молекул глобулярных белков и эукариотических одноклеточных организмов (размеры у них намного больше, чем у прокариот).

Форма прокариотических клеток не так уж и разнообразна. Круглые клетки называются кокки. Такую форму могут иметь как археи, так и эубактерии. Стрептококки – это кокки, вытянутые в цепочку. Стафилококки – это «грозди» кокков, диплококки –кокки, объединенные по две клетки, тетрады - по четыре, и сарцины – по восемь. Палочкообразные бактерии называются бациллами. Две палочки – диплобациллы, вытянутые в цепочку – стрептобациллы. Еще выделяют коринеформные бактерии (с расширением на концах, похожим на булаву), спириллы (длинные завитые клетки), вибрионы (коротенькие загнутые клетки) и спирохеты (завиваются не так, как спириллы). Ниже проиллюстрировано все выше сказанное и приведены два представителя архебактерий. Прокариоты пользуются более широким спектром излучения.

8-- Особенности строения эукариотической клеток

Эукариотические клетки от простейших организмов до клеток высших растений и млекопитающих, отличаются сложностью и разнообразием структуры. Типичной эукариотической клетки не существует, но из тысяч типов клеток можно выделить общие черты. Каждая эукариотическая клетка состоит из цитоплазмы и ядра.

Строение эукариотической клетки.

Плазмалемма (клеточная оболочка) животных клеток образована мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10-20 нм. Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функции. Благодаря свойству избирательной проницаемости плазмалемма регулирует химический состав внутренней среды клетки. В плазмалемме размещены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные вещества (гормоны). В пластах и слоях соседние клетки удерживаются благодаря наличию разного вида контактов, которые представлены участками плазмалеммы, имеющими особое строение. Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый) слой цитоплазмы толщиной 0,1—0,5 мкм.

Цитоплазма. В цитоплазме находится целый ряд оформленных структур, имеющих закономерные особенности строения и поведения в разные периоды жизнедеятельности клетки. Каждая из этих структур несёт определенную функцию. Отсюда возникло сопоставление их с органами целого организма, в связи с чем они получили название органеллы, или органоиды. В цитоплазме откладываются различные вещества - включения (гликоген, капли жира, пигменты). Цитоплазма пронизана мембранами эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть (ЭДС). Эндоплазматическая сеть - это разветвлённая сеть каналов и полостей в цитоплазме клетки, образованная мембранами. На мембранах каналов находятся многочисленные ферменты, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Различают 2 вида мембран ЭДС - гладкие и шероховатые. На мембранах гладкой эндоплазматической сети находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Основная функция шероховатой эндоплазматической сети - синтез белков, который осуществляется в рибосомах, прикрепленных к мембранам. Эндоплазматическая сеть - это общая внутриклеточная циркуляционная система, по каналам которой транспортируются вещества внутри клетки и из клетки в клетку.

Рибосомы осуществляют функцию синтеза белков. Рибосомы представляют собой сферические частицы диаметром 15-35нм, состоящие из 2 субъединиц неравных размеров и содержащие примерно равное количество белков и РНК. Рибосомы в цитоплазме располагаются или прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут объединяться в комплексы - полирибосомы. Рибосомы присутствуют во всех типах клеток.

Комплекс Гольджи. Основным структурным элементом комплекса Гольджи является гладкая мембрана, которая образует пакеты уплощенных цистерн, или крупные вакуоли, или мелкие пузырьки. Цистерны комплекса Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети. Синтезированные на мембранах эндоплазматической сети белки, полисахариды, жиры транспортируются к комплексу, конденсируются внутри его структур и "упаковываются" в виде секрета, готового к выделению, либо используются в самой клетке в процессе её жизнедеятельности.

Митохондрии. Всеобщее распространение митохондрий в животном и растительном мире указывают на важную роль, которую митохондрии играют в клетке. Митохондрии имеют форму сферических, овальных и цилиндрических телец, могут быть нитевидной формы. Размеры митохондрий 0,2-1мкм в диаметре, до 5-7мкм в длину. Длина нитевидных форм достигает 15-20мкм. Количество митохондрий в клетках различных тканей неодинаково, их больше там, где интенсивны синтетические процессы (печень) или велики затраты энергии. Стенка митохондрий состоит из 2-х мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, а от внутренней внутрь органоида отходят перегородки - гребни, или кристы. На мембранах крист находятся многочисленные ферменты, участвующие в энергетическом обмене. Основная функция митохондрий - синтез АТФ.

Лизосомы - небольшие овальные тельца диаметром около 0,4мкм, окруженные одной трехслойной мембраной. В лизосомах находится около 30 ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и др. вещества. Расщепление веществ с помощью ферментов называется лизисом, поэтому и органоид назван лизосомой. Полагают, что лизосомы образуются из структур комплекса Гольджи либо непосредственно из эндоплазматической сети. Функции лизосом: внутриклеточное переваривание пищевых веществ, разрушение структуры самой клетки при её отмирании в ходе эмбрионального развития, когда происходит замена зародышевых тканей на постоянные, и в ряде других случаев.

Центриоли. Клеточный центр состоит из 2-х очень маленьких телец цилиндрической формы, расположенных под прямым углом друг к другу. Эти тельца называются центриолями. Стенка центриоли состоит из 9-ти пар микротрубочек. Центриоли способны к самосборке и относятся к самовоспроизводящимся органоидам цитоплазмы. Центриоли играют важную роль в клеточном делении: от них начинается рост микротрубочек, образующих веретено деления.

Ядро. Ядро - важнейшая составная часть клетки. Оно содержит молекулы ДНК и поэтому выполняет  две главные функции: 1) хранение и воспроизведение генетической информации, 2) регуляция процессов обмена веществ, протекающих в клетке. Клетка утратившая ядро, не может существовать. Ядро также неспособно к самостоятельному существованию. Большинство клеток имеет одно ядро, но можно наблюдать 2-3ядра в одной клетке, например в клетках печени. Известны многоядерные клетки с числом ядер в несколько десятков. Формы ядер зависят от формы клетки. Ядра бывают шаровидные, многолопастные. Ядро окружено оболочкой, состоящей из двух мембран, имеющих обычное трёхслойное строение. Наружная ядерная мембрана покрыта рибосомами, внутренняя мембрана гладкая. Главную роль в жизнедеятельности ядра играет обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Содержимое ядра включает ядерный сок, или кариоплазму, хроматин и ядрышко. В состав ядерного сока входят различные белки, в том числе большинство ферментов ядра, свободные нуклеотиды, аминокислоты, продукты деятельности ядрышка и хроматина, перемещающиеся из ядра в цитоплазму. Хроматин содержит ДНК, белки и представляет собой спирализованные и уплотненные участки хромосом. Ядрышко представляет собой плотное округлое тельце, располагающееся в ядерном соке. Число ядрышек колеблется от 1 до 5-7 и более. Ядрышки есть только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают, а после завершения деление образуются вновь. Ядрышко не является самостоятельным органоидом клетки, оно лишено мембраны и образуется вокруг участка хромосомы, в котором закодирована структура рРНК. В ядрышке формируются рибосомы, которые затем перемещаются в цитоплазму. Хроматином называют глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличные по форме от ядрышка.

9—Отличительные особенности в строении прокариотических и эукариотических клеток

У современных и ископаемых организмов известны два типа клеток: прокариотическая и эукариотическая ( рис. 4 , рис. 5 ). Они столь резко различаются по особенностям строения, что это послужило для выделения двух надцарств живого мира - прокариот, т.е. доядерных, и эукариот, т.е. настоящих ядерных организмов. Промежуточные формы между этими крупнейшими таксонами живого пока неизвестны.

Основное отличие прокариотических клеток от эукариотических заключается в том, что их ДНК не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой. Эукариотические клетки устроены значительно сложнее. Их ДНК , связанная с белком , организована в хромосомы , которые располагаются в особом образовании, по сути самом крупном органоиде клетки - ядре. Кроме того, внеядерное активное содержимое такой клетки разделено на отдельные отсеки с помощью эндоплазматической сети, образованной элементарной мембраной. Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических. Их размеры варьируют от 10 до 100 мкм, тогда как размеры клеток прокариот (различных бактерий, цианобактерий - сине- зеленых водорослей и некоторых других организмов), как правило, не превышают 10 мкм, часто составляя 2-3 мкм. В эукариотической клетке носители генов - хромосомы - находятся в морфологически оформленном ядре, отграниченном от остальной клетки мембраной. В исключительно тонких, прозрачных препаратах живые хромосомы можно видеть с помощью светового микроскопа. Чаще же их изучают на фиксированных и окрашенных препаратах.

Хромосомы состоят из ДНК , которая находится в комплексе с белками- гистонами , богатыми аминокислотами аргинином и лизином . Гистоны составляют значительную часть массы хромосом.

Эукариотическая клетка имеет разнообразные постоянные внутриклеточные структуры - органоиды ( органеллы ), отсутствующие в прокариотической клетке.

Прокариотические клетки могут делиться на равные части перетяжкой или почковаться, т.е. образовывать дочернюю клетку меньшего размера, чем материнская, но никогда не делятся путем митоза . Клетки эукариотических организмов, напротив, делятся путем митоза (исключая некоторые очень архаичные группы). Хромосомы при этом "расщепляются" продольно (точнее, каждая нить ДНК воспроизводит около себя свое подобие), и их "половинки" - хроматиды (полноценные копии нити ДНК) расходятся группами к противоположным полюсам клетки. Каждая из образующихся затем клеток получает одинаковый набор хромосом .

Рибосомы прокариотической клетки резко отличаются от рибосом эукариот по величине. Ряд процессов, свойственных цитоплазме многих эукариотических клеток, - фагоцитоз , пиноцитоз и циклоз (вращательное движение цитоплазмы) - у прокариот не обнаружен. Прокариотической клетке в процессе обмена веществ не требуется аскорбиновая кислота , но эукариотические не могут без нее обходиться.

Существенно различаются подвижные формы прокариотических и эукариотических клеток. Прокариоты имеют двигательные приспособления в виде жгутиков или ресничек , состоящих из белка флагеллина . Двигательные приспособления подвижных эукариотических клеток получили название ундулиподиев , закрепляющихся в клетке с помощью особых телец кинетосом . Электронная микроскопия выявила структурное сходство всех ундулиподиев эукариотических организмов и резкие их отличия от жгутиков прокариот.

10—Строение,основные функции,значения цитолеммы для жизнедеятельности клетки

Кле́точная мембра́на (или цитолемма, или плазмалемма, или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определенные условия среды.

Основные сведения

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7-8 нм.

Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны).

Функции биомембран

• барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

• транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.

Частицы, по какой-либо причине не способные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.

• матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.

• механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.

• энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

• рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).

• ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.

• осуществление генерации и проведения биопотенциалов.

С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

• маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Структура и состав биомембран

Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются.

Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён.

Мембранные органеллы

Это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участки цитоплазмы, отделённые от гиалоплазмы мембранами. К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды. Строение мембран различных органелл отличается по составу липидов и мембранных белков.

Избирательная проницаемость

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

11—Строение и функции клеточной стенки растения,оболочки животных и бактериальных клеток

Клетки бактерий имеют плотную оболочку, в состав которой входят аминосахара и аминокислоты. Клеточная оболочка (стенка) представляет собой поверхностный слой бактериальной клетки, толщиной 0.01-0.04 мкм, расположенный снаружи от цитоплазматической мембраны.

Функции клеточной стенки:

• Защитная

• Опорная

• Придание клетке характерной формы (палочки, кокки)

• Поддержание осмотического давления внутри клетки (это обстоятельство роднит бактериальную и растительную клетку)

Основной структурный компонент клеточной стенки - муреин (гликопептид, мукопептид).

Функции клеточной оболочки:животная

– поддерживает форму клетки и придает механическую прочность клетке и организму в целом; – защищает клетку от механических повреждений и попадания в нее вредных соединений; – осуществляет узнавание молекулярных сигналов; – регулирует обмен веществ между клеткой и средой; – осуществляет межклеточное взаимодействие в многоклеточном организме.

Функция клеточной стенки:

– представляет собой внешний каркас – защитную оболочку; – обеспечивает транспорт веществ (через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ).

Наружный слой клеток животных, в отличие от клеточных стенок растений, очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток называется гликокаликсом, выполняет функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами, опорной роли не выполняет.

Под гликокаликсом животной и клеточной стенкой растительной клетки расположена плазматическая мембрана, граничащая непосредственно с цитоплазмой. В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они расположены упорядоченно за счет различных химических взаимодействий друг с другом. Молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной липидный бислой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину. Молекулы белков и липидов подвижны.

12—Механизмы транспорта веществ через мембрану

Одно из важнейших свойств плазматической мембраны связано со способностью пропускать в клетку или из нее различные вещества. Это необходимо для поддержания постоянства ее состава (т.е. гомеостаза). Транспорт веществ обеспечивает наличие в клетке соответствующего рН и ионной концентрации веществ, необходимых для эффективной работы клеточных ферментов, поставляет в клетки питательные вещества, служащие источником энергии и используемые для образования клеточных компонентов. Выведение токсических и секреция необходимых клетке веществ, а также создание ионных градиентов, необходимых для нервной и мышечной активности, связано с транспортом веществ. Механизм транспорта веществ в клетку и из нее зависит от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы проходят через мембраны путем пассивного и активного транспорта. Перенос макромолекул и крупных частиц осуществляется за счет образования окруженных мембраной пузырьков и называется эндоцитозом и экзоцитозом.

Таблица.  Транспорт веществ через мембраны клеток.

Размеры молекул Механизм транспорта Трансмембранный перенос малых молекул

Диффузия: – пассивная диффузия, – облегченная диффузия

Активный трансмембранный транспорт: – первичный активный транспорт, – вторичный активный транспорт:    ▪ встречный сопряженный транспорт (counter-transport, antiport),    ▪ однонаправленный сопряженный транспорт, (co-transport, symport).

Трансмембранное перемещение крупных молекул

Эндоцитоз: – жидкофазный пиноцитоз, – обусловленный рецептором (адсорбционный) пиноцитоз.

Экзоцитоз

13—Рецепторная функция цитолеммы

Важную роль в жизнедеятельности клетки играет рецепторная функция мембраны. Она связана с локализацией на плазматической мембране специальных структур ( рецепторных белков ), связанных со специфическим узнаванием химических или физических факторов. Многие пронзающие белки представляют собой гликопротеиды - с наружной стороны клетки они содержат полисахаридные боковые цепочки. Часть таких гликопротеидов, покрывающих клетку "лесом" молекулярных антенн, выполняет роль рецепторов гормонов . Когда определенный гормон связывается со своим рецептором, он изменяет структуру гликопротеида, что приводит к запусканию клеточного ответа. Открываются каналы, по которым определенные вещества поступают в клетку или выводятся из нее. Клеточная поверхность обладает большим набором рецепторов, делающих возможными специфические реакции с различными агентами. Роль многих клеточных рецепторов заключается в передаче сигналов извне внутрь клетки.

13—Характеристика процессов фагоцитоза и пиноцитоза.Локальный автолиз в клетки

  Фагоцитоз (поедание клеткой) — процесс поглощения клеткой твёрдых объектов, таких как клетки эукариот, бактерии, вирусы, остатки мёртвых клеток и т. п. Вокруг поглощаемого объекта образуется большая внутриклеточная вакуоль (фагосома). Размер фагосом — от 250 нм и больше. Путем слияния фагосомы с первичной лизосомой образуется вторичная лизосома. В кислой среде гидролитические ферменты расщепляют макромолекулы, оказавшиеся во вторичной лизосоме. Продукты расщепления (аминокислоты, моносахариды и прочие полезные вещества) транспортируются затем через лизосомную мембрану в цитоплазму клетки. Фагоцитоз распространен очень широко. У высокоорганизованных животных и человека процесс фагоцитоза играет защитную роль. Фагоцитарная деятельность лейкоцитов и макрофагов имеет огромное значение в защите организма от попадающих в него патогенных микробов и других нежелательных частиц. Фагоцитоз впервые описал русский ученый И.И. Мечников.

 Пиноцитоз (питьё клеткой) — процесс поглощения клеткой жидкой фазы из окружающей среды, содержащей растворимые вещества, включая крупные молекулы (белки, полисахариды и др.). При пиноцитозе от мембраны отшнуровываются внутрь клетки небольшие пузырьки — эндосомы. Они меньше фагосом (их размер до 150 нм) и обычно не содержат крупных частиц. После образования эндосомы к ней подходит первичная лизосома, и эти два мембранных пузырька сливаются. Образовавшаяся органелла носит название вторичной лизосомы. Процесс пиноцитоза постоянно осуществл Фагоцитоз может быть:

• завершённым (киллинг и переваривание прошло успешно);

• не завершённым (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например, у микобактерий и гонококков).

Локальный автолиз обеспечивает использование части ци­топлазмы для поддержания жизнеспособности всей клетки. На­пример, при разрушении нефункционирующих пластид и мито­хондрий, период существования которых может быть меньше пе­риода жизни клетки. Гидролитические ферменты лизосом очища­ют всю полость клетки после отмирания ее протопласта (например, при образовании сосудов).

14—Типы межклеточных контактов

Типы межклеточных соединений Плазмодесмы

Микроскопические цитоплазматические мостики, соединяющие соседние клетки растений. Основная статья: Плазмодесмы

Простое межклеточное соединение

При простом межклеточном соединении оболочки клеток сближены на расстояние 15 – 20 нм. Это соединение занимает наиболее обширные участки соприкасающихся клеток. Посредством простых соединений осуществляется слабая механическая связь, не препятствующая транспорту веществ в межклеточных пространствах. Разновидностью простого соединения является контакт типа «замок», когда билипидные мембраны соседних клеток вместе с участком цитоплазмы вдавливаются друг в друга, чем достигается большая поверхность соприкосновения и более прочная механическая связь.

Плотное соединение (запирающая зона)

В плотном соединении клеточные мембраны максимально сближены, здесь фактически происходит их слияние. Роль плотного соединения заключается в механическом сцеплении клеток и препятствии транспорту веществ по межклеточным пространствам. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов, она ограждает межклеточные щели от внешней среды. Плотные соединения обычно образуются между эпителиальными клетками в тех органах (желудке, кишечнике и пр.), где эпителий ограничивает содержимое этих органов (желудочный сок, кишечный сок). В этих участках плотные контакты охватывают по периметру каждую клетку, межмембранные пространства отсутствуют, а соседние клеточные оболочки слиты в одну. Если же плотное сцепление происходит на ограниченном участке, то образуется пятно слипания (десмосома).Частными случаями плотного соединения являются зоны замыкания и слипания.

Зона замыкания

В зоне замыкания две соседние мембраны сливаются своими наружными слоями, эта зона непроницаема для макромолекул и ионов.

Зона слипания (промежуточный контакт)

В зоне слипания мембраны разделены щелью в 10-20 нм, заполненной плотным веществом (белковой природы).

Десмосома (пятно сцепления, липкое соединение)

Десмосома представляет собой небольшую площадку, иногда слоистого вида, диаметром до 0,5 мкм. Их функциональная роль заключается главным образом в механической связи между клетками. Существуют 3 типа десмосом – точечные, опоясывающие и полудесмосомы. Десмосомой называется образованное клетками соединение, прочно склеивающее клетки. Если они образуются между клетками и внеклеточным матриксом, то они называются полудесмосомами. Количество десмосом на одной клетке может достигать 2000. Такие контакты встречаются между клетками, которые могут подвергаться трению и другим механическим воздействиям (эпителиальные клетки, клетки сердечной мышцы). Со стороны цитоплазмы к десмосомам прикрепляются промежуточные филаменты, которые формируют остов цитоплазмы, обладающий большой прочностью на разрыв. Таким образом, через десмосомы промежуточные филаменты соседних клеток объединяются в непрерывную сеть по всей ткани. Тип промежуточных филаментов зависит от типа клеток: в большинстве эпителиальных клеток они кератиновые, а в клетках сердечной мышцы – десминовые.

Нексус (щелевой контакт)

Нексус представляет собой ограниченный участок контакта двух клеточных мембран диаметром 0,5 – 3 мкм с расстоянием между мембранами 2-3 нм. Обе эти мембраны пронизаны белковыми молекулами коннексонами, содержащими гидрофильные каналы. Через эти каналы осуществляется обмен ионами и микромолекулами соседних клеток. Поэтому нексусы называют также проводящими соединениями. Их функциональная роль заключается в переносе ионов и мелких молекул от клетки к клетке, минуя межклеточное пространство. Этот тип соединения встречается во всех группах тканей.