Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию
Федеральное государственное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Казанское медико-фармацевтическое училище
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
«БИОЛОГИЯ»
Казань-2010 г.
Учебное пособие подготовлено преподавателем Казанского медико-фармацевтического училища, кандидатом биологических наук Ахмеджановой Н.А.
Методическое пособие составлено в соответствии с требованиями Государственного Образовательного стандарта к уровню подготовки специалистов в области биологии и позволит учащимся самостоятельно подготовиться как к лекционным, так и практическим занятиям по биологии и смежным дисциплинам.
В данном методическом пособии даны теоретические сведения о строении эукариотической клетки, классификации, морфологических и функциональных особенностях ее органоидов. В пособии дана подробная характеристика ядра, особое внимание уделено хромосомному набору. По данной теме включены словарь основных терминов, вопросы и тесты для проверки знаний учащихся.
Это учебное пособие может быть использовано для лицеев и колледжей с углубленным изучением биологии.
Рассмотрено и утверждено на заседании ЦМК специальных общеобразовательных дисциплин.
Протокол № __ от ________
Председатель:
Рецензент: доцент кафедры медицинской биологии и генетики КГМИ к.б.н. В.Н. Фросин.
Тема: Строение эукариотической клетки.
ЦЕЛИ:
1. Сформировать у студентов представления о клетке как единой целостной системе - структурно-функциональной единице живой материи.
2. Показать взаимосвязь строительных компонентов клетки с выполняемыми функциями.
3. Рассмотреть нарушения строения функции структурно-функциональной деятельности клетки как заболевания человека.
4. Рассмотреть структурные компоненты клетки как мишень действия лекарственных средств.
5.Осуществить контроль знаний по данной теме.
СОДЕРЖАНИЕ:
1. Отличительные особенности эукариотической и прокариотической клеток.
2. Схема строения эукариотической клетки.
3. Мембранный аппарат.
4. Состав цитоплазмы
4. 1.Гиалоплазма.
4. 2.Включения.
4. 3. Органоиды.
5. Одномембранные органоиды.
5.1.Эндоплазматическая сеть.
5.2.Лизосомы.
5.2.Аппарат Гольджи.
5.3. Пероксисомы.
5.4 .Вакуоли.
5.5. Жгутики. Реснички.
6.Двухмембранные органоиды.
6.1.Митохондрии.
6.2.Пластиды.
7.Немемранные органоиды.
7.1.Клеточный центр, центриоли.
7.2.Рибосомы.
7.3. Протеасомы.
8. Ядро.
8.1.Ядерная оболочка.
8.2.Ядрышко.
8.3.Ядерный сок.
8.4.Хроматин.
8.5. Ядерный матрикс.
9.Основные термины и понятия.
10. Контрольные вопросы.
11.Тесты.
12.Литература
Отличительные особенности эукариотической и прокариотической клеток.
Все живые организмы состоят из клеток. По своему происхождению и строению они делятся на прокариоты и эукариоты. Прокариотическая клетка характеризуется отсутствием хорошо обособленного ядра и отсутствием истинных органоидов. Эукариотическая клетка отличается сложностью своего строения и характеризуется рядом особенностей:
Эукариотическая клетка имеет ядро с полным набором линейных хромосом, состоящих из ДНК и особых белков - гистонов, которых нет у кольцевидной ДНК (нуклеоид) прокариот.
В клетке имеются хорошо развитые мембранные органоиды, которые в прокариотической клетке отсутствуют.
.Размер и форма эукариотических клеток зависит от выполняемой функции, что нельзя сказать о прокариотичеких клетках.
Клетки экариот делятся, в основном, митозом и мейозом, которые отсутствуют у прокариотических клеток. Клеткам прокариот характерно равновеликое попtречное деление, редко - почкование (почкующие бактерии).
Эукариотическим клеткам присуще такие процессы как циклоз (движение цитоплазмы по кругу внутри клетки) и амебоидное движение.
Эукариотические клетки - это клетки растений, животных, грибов и водорослей. Эукариотические клетки многоклеточных и одноклеточных организмов отличаются друг от друга. У одноклеточных - представителей типа Простейшие эукариотическая клетка является целым организмом, на уровне которого происходят важные процессы жизнедеятельности и поэтому у них могут присутствовать дополнительные образования - такие, как цитостом, цитофаринкс и порошица (например у инфузории - туфельки). У многоклеточных организмов - эукариотическая клетка является всего лишь структурной единицей в образовании определенной ткани, выполняющей определенную функцию.
На основе выше изложенного следует, что эукариотическая клетка имеет более сложное строение, чем прокариотическая. Ученые считают, что эукариотическая клетка образовалась позднее, чем прокариотическая. Прокариоты появились 3,5 млрд. лет назад. Различные прокариотические клетки, инвагинируя друг в друга и, живя затем во взаимовыгодном сотрудничестве, т.е. в симбиозе, образовывали эукариотические клетки. Предполагают, что эукариотические клетки образовались примерно 1 - 1,5 млрд. лет тому назад и постепенно усложняли свое строение. Предполагают, что аэробные прокариоты, инвагинируя в другие прокариотические клетки - крупные амебоидные клетки, постепенно превращались в митохондрии. Затем к этим клеткам - хозяевам присоединялись и жгутикоподобные прокариоты. Образованная клетка становилась подвижной предшественницей современных жгутиковых, которые, согласно гипотезе симбиоза и инвагинации, сожительствуя с сине-зелеными водорослями, могли превращаться в растительные клетки.
Клетка состоит из трех частей: мембранного аппарата, цитоплазмы и ядра (рис.1.)
Схема строения эукариотической клетки.
Р Рис.1.
. Мембранный аппарат.
Мембранный аппарат - это сложный комплекс внешних и внутренних структур, отличающийся у растительной и животной клеток. Снаружи растительную клетку покрывает клеточная оболочка, состоящая из полисахарида - целлюлозы. Она является довольно прочной и твердой, что позволяет клетке сохранять определенный объем и защищать ее от внешней среды. Надмембранная структура животной клетки называется гликокаликсом. Он тонкий и эластичный, постоянно меняет свою форму и состоит из гликопротеидов. Животные клетки, имеющие одинаковые гликопротеиды узнают друг друга и объединяются в однотипную ткань. Цитоплазматическая мембрана животной и растительной клеток имеет одинаковый план строения и называется плазмолеммой. Ее строение и свойства хорошо описывает жидкостно-мозаичная модель, которая была предложена в 1972 году С. Д. Сингером и Г.Л. Николсоном. По их мнению, плазмолемма состоит из двойного слоя фосфолипидов и встроенных в него белковых молекул. Гидрофобная часть липидных молекул обращена внутрь мембраны, а гидрофильная - наружу (рис.2. ).
Белковые молекулы не образуют сплошного слоя, а располагаются мозаично и выполняют различные функции. Так, например, интегральные белки пронизывают бислой липидов насквозь и образуют каналы, через которые ионы и молекулы питательных веществ могут проникать в клетку и выходить из нее. Периферические белки, расположенные с внутренней стороны мембраны, соединяются с микрофиламентами и образуют цитоскелет клетки. Спиралевидные белки пронизывают липидный слой, образуя каналы для прохождения питательных веществ в цитоплазму. В двойном липидном слое животной клетки содержатся также молекулы холестерина, поддерживающие жидкое состояние мембраны. Плазмолемма обладает свойствами текучести, полярности и избирательной проницаемости.
Плазматическая мембрана эукариотической клетки выполняет ряд важных функций:
Барьерная функция - отграничивает содержимое клетки и защищает ее от внешней среды.
Рецепторная функция - рецепторы, расположенные в плазмолемме воспринимают сигналы внешней среды и передают их во внутреннюю среду клетки.
Контактная функция- соединение соседних клеток друг с другом с помощью специальных белков и полисахаридов.
Транспортная функция - избирательный перенос ионов и химических веществ в клетку и из клетки. Избирательная проницаемость мембран обеспечивает клетке определенный химический состав и регулирует нужный объем клетки.
Вещества через мембрану проходят двумя видами транспорта:
А - пассивный транспорт - движение веществ из более высокой концентрации в раствор низкой концентрации (движение веществ по градиенту концентрации), которое идет без затраты энергии. Сюда относят диффузию и осмос. Диффузия может быть опосредованной и простой. Опосредованная диффузия осуществляется за счет переносчиков и называется облегченной. Одной из разновидностью облегченной диффузии является обменная диффузия. При этом процессе транспорт одного вещества сопрягается с переносом другого в противоположном направлении. Простая диффузия осуществляется без переносчиков, исключительно, за счет концентрационного градиента транспортируемого вещества. К пассивному транспорту относят и явление осмоса, посредством которого осуществляется перенос молекул воды через мембрану (рис.3.).
Рис.2.
.
Рис.3.
В. Активный транспорт - движение веществ из раствора с низкой концентрацией в раствор с повышенной концентрацией, который обязательно требует затраты энергии. К активному переносу веществ относят натрий - калиевый насос, фагоцитоз и пиноцитоз (рис.4.).
Натрий-калиевый насос представлен белком, выполняющим одновременно две функции: 1.нагнетание ионов калия в клетку и откачивание ионов натрия из клетки против их градиента концентрации; 2.гидролиз АТФ с высвобождением фосфатной группы и энергии, за счет которой и происходит активный транспорт. При этом возникающая разность потенциалов по обе стороны мембраны необходима для электрической активности нервных и мышечных клеток, а также для осуществления транспорта крупных молекул сахаров и аминокислот. На рис.3. показано, как молекула аминокислоты внедряется в транспортный белок и с помощью энергии АТФ переходит внутрь клетки. Так транспортируются аминокислоты в кишечнике после расщепления белков пищи. Полимеры имеют огромные размеры и не могут транспортироваться с помощью переносчиков. Их транспорт осуществляется с помощью процессов эндоцитоза и экзоцитоза, которые называют транспортом в мембранной упаковке. Эндоцитоз - это перенос веществ внутрь клетки, а экзоцитоз - из клетки. Различают два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз - это транспортировка твердых частиц, а пиноцитоз - проникновение растворенных питательных веществ. При этом также расходуется энергия АТФ, поэтому их также относят к активному транспорту.
Цитоплазма.
Цитоплазма - это внутренняя среда клетки, состоящая из жидкой ее части и твердой. Жидкая часть называется гиалоплазмой и представляет бесцветную коллоидную систему, в составе которой имеются вода, белки, углеводы, липиды, различные РНК и элементы цитоскелета.
Гиалоплазма выполняет несколько функций:
1.Сохраняет буферность и осмотические свойства клетки.
2.Обеспечивает процесс гликолиза.
3.Осуществляет внутриклеточный транспорт.
4.Принимает участие в обмене веществ.
К твердой части цитоплазмы относятся органоиды и включения. Включения - это временные структуры цитоплазмы, которые в процессе жизнедеятельности могут то появляться, то исчезать. В связи со своим предназначением они бывают разные:
.Трофические - включения, в виде которых запасаются питательные вещества. Например, в животных клетках откладывается жировые капли, гликоген, лецитин, а в растительных клетках - крахмальные и алейроновые зерна.
Остаточные – непереваренные в лизосомах питательные вещества могут также образовывать включения.
.Пигментные - включения, где могут накапливаться определенные пигменты - меланин в клетках кожи или хлорофилл в мезофилле листа.
Секреторные - включения, содержащие гормоны и ферменты.
Рис.4.
Органоиды - это постоянные структуры клетки, имеющие специфическое строение и выполняющие определенную функцию. Они делятся на общие и специальные. Общие - это органоиды, присущие каждой клетке. Специальные - органоиды, встречающиеся только в некоторых клетках.
К общим органоидам относят следующие структурные компоненты:
Эндоплазматическая цепь.
Аппарат Гольджи
Лизосомы
Пероксисомы
Вакуоли
Митохондрии
Пластиды
Клеточный центр
Рибосомы
Микрофиломенты.
Микротрубочки.
Протеасомы.
Общие органоиды делятся на одномембранные, двухмембранные и немембранные (рис.1.). К одномембранным органоидам относят эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли и пероксисомы. Одномембранные органоиды связаны друг с другом и образуют единую сеть, так например, наружный слой ядерной оболочки переходит в каналы ЭПС, связывающиеся с цистернами аппарата Гольджи, секрет которого выносится в межклеточное пространство. К двухмембранным относят митохондрии и пластиды. К немембранным - клеточный центр, рибосомы и протеасомы.
К специальным органоидам относят:
Миофибриллы - нитевидные структуры мышечных волокон, содержащие особые белки - актин и миозин, придающие этим волокнам свойства сократимости и растяжимости.
Нейрофибриллы - нитевидные структуры нервных волокон, характерные только для нервных клеток.
Тонофибриллы - особые волокна, придающие свойства эластичности и растяжимости эпителиальной ткани.
Микроворсинки - слепозамкнутые выросты многих клеток, например, эпителиальных клеток всасывающей поверхности кишечника.
Реснички клеток эпителия верхних дыхательных путей - короткие слепозамкнутые выросты клеток с системой микротрубочек внутри.
Жгутики мужских половых клеток (сперматозоидов) - длинные слепозамкнутые выросты клеток с системой микротрубочек внутри.