Конспект лекции на тему: «Клетка и клеточные структуры»

Цитология - наука о развитии, строении и жизнедеятельности клеток.

Клетка - наименьшая единица живого, обладающая всеми признаками живого организма.

Клетка состоит из цитоплазмы, ядра и является основой строения, развития и жизнедеятельности всех животных и растительных организмов.

Впервые клетки наблюдаем при помощи увеличительных линз растительные клетки Роберт  Гук в 1665г. Именно Гук назвал эти образования клетками.

1671г.  Марчело Мальпиги, итальянский учёный и Неемия Грю подтвердили наблюдения Гука и показали, что разнообразные части растений состоят из «пузырьков» и «мешков». Грю ввел понятие ткань.

1680г. Антон ван Левенгук, голландский натуралист, основоположник научной микроскопии, открыл мир одноклеточных организмов и впервые увидел клетки животных (эритроциты).

1830г. Ян Пуркинье, чешский биолог, и его ученики разработали методы микроскопической технологии и описали клетки тканей животных. Введён термин протоплазма.

1831г. Роберт Броун, английский биолог, описал ядро растительной клетки.

1838г. Маттиас Шлейден, немецкий ботаник, сделал вывод  том, что клетка является основной структурной единицей растительных организмов.

1839г. Теодор Шванн, физиолог и цитолог, опубликовал сочинение «Микроскопическое исследование о соответствии в стуктуре и росте животных и растений», тем самым сформулировал суть клеточной теории.

1858г. Рудольф Вирхов, немецкий врач и патологоанатом, показал, что причину патологических изменений в организме следует искать в клетке.

Как наука цитология стала развиваться после клеточной теории Шлейдена и Шванна.

Положения клеточной теории:

1. Клетка - основная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого, способная к самовоспроизведению, саморегуляции и самообновлению.
2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу и обмену веществ.
3. Размножение клеток происходит путём деления.
4. В многоклеточном организме клетки специализированы по выполняемым функциям и образуют ткани.

Эти законы доказывают единство происхождения  всех живых организмов, единство всего органического мира.

Первое положение клеточной теории не противоречит тому, что  в многоклеточных организмах встречаются и неклеточные структуры- симпласты, синцитии и межклеточное вещество, так как все они происходят из клеток.

Симпласты крупные структуры, образованные путём слияния многих клеток и состощие из цитоплазмы с множеством ядер. Примером симпласта может служить мышечные волокна скелетной мускулатуры.  Синцитии характеризуются связями многих клеток с помощью тонких цитоплазматических перемычек. Межклеточное вещество является продуктом деятельности клеток (хорошо развито в соединительной ткани).

Несмотря на разнообразие форм клеток их функций, все клетки имеют общность в строении. В каждой клетке есть плазмолемма, цитоплазма и в большинстве ядра. В цитоплазме имеется гиалоплазма, в которой расположены две основные группы структур - органеллы и включения.

Органеллы представляют собой постоянно присутствующие обязательные структуры клеток, выполняющие важные функции. Органеллы бывают общего значения и специального. Органеллы общего значения – это те органеллы, которые присуще практически всем клеткам. Органеллы специального значения - присуще определённым клеткам. Так же по строению органеллы классифицируются на мембранные и не мембранные.

К мембранным органеллам относятся - митохондрии, ЭПС, аппарат комплекса Гольджи, лизосомы, пероксисомы. Не мембранные- рибосомы, микротрубочки, центриоли, микрофиламенты. 

Включения - не обязательные компоненты клетки, возникающие и исчезающие в зависимости от состояния обмена веществ.

Биологические мембраны.

Основу биологической мембраны составляют молекулы липидов и белков. Липиды не растворимы в воде. В мембране присутствуют липиды трёх типов - фосфолипиды, холестерол, гликолипиды.

Большинство функций мембран - определяют белки. Типы белков и их количество сильно варьируется. В значительной части белки составляют половину её массы.

Углеводы мембраны представлены в виде олигосахаридных и полисахаридных цепей, присоединённых к мембранным белкам и липидам.

Все мембраны выполняют барьерную функцию, ограничивая свободную диффузию веществ между внешней средой и гиалоплазмой и содержимым мембранных органелл.

Плазмолемма.

Барьерно - транспортная и рецепторная система клетки. Она отделяет цитоплазму клетки от внешней среды и имеет толщину около 10нм. Рецепторная функция заключается в распознавании клеткой различных химических и физических факторов с помощью рецепторов.

Цитоплазма.

Цитоплазма состоит из гиалоплазмы и расположенных в ней органелл и включений. Гиалоплазма является внутренней средой клетки. Представляет собой коллоидную систему, которая может менять своё физико - химическое состояние.

Эндоплазматическая сеть. (ЭПС)

Различают гранулярную и агранлярную. Гранулярная эндоплазматическая сеть- состоит из канальцев и цистерн, ограниченных мембранной на поверхности которой прикреплены рибосомы. Функция обеспечение синтеза белка на экспорт, образуют белки для нужд ЭПС, формируют лизосомы.

Агранулярная ЭПС сильно развита в клетках, секретирующих липиды или синтезирующих углеводы. Функция детоксикация вредных веществ и депонирование ионов кальция.

Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс).

Впервые выявлен в нервных клетках методом импрегнации серебром в 1898 г. К. Гольджи. С применением электронного микроскопа показано, что комплекс Гольджи состоит из секреторных гранул, транспортных визикул и цистерн. В комплексе Гольдже происходит образование лизосом. Участвует в транспорте веществ.

Митохондрии.

Структуры округлой формы или палочковидной формы, описаны Бенда в 1897г. Электронная микроскопия показала, что митохондрии двух мембранные органеллы. Внутренняя мембрана образует выросты - кристы, погруженные в мелкозернистый матрикс, в котором расположены мелкие гранулы размером 15-20 нм- рибосомы и более крупные гранулы- места связывания двухвалентных катионов кальция, нити кольцевидных ДНК, ферменты и др. Основная функция синтез энергии - АТФ и клеточное дыхание. Митохондрии способны перемещаться внутри клетки, направляясь в те участки клетки, где требуется энергия АТФ.

Рибосомы.

Рибосомы - не мембранные органеллы синтеза белка образуются в ядрышке. Они имеют размеры 15-35 нм и состоят из двух субъединиц - малой и большой, каждая из которых построена из скрученного тяжа рибонуклеопротеида, где представлены поровну белки и рибосомная ДНК. Для образования рибосомы из двух субъединиц необходим магний. Для молодых клеток характерно наличие рибосом свободных, которые образуют белки для самой клетки. В дифференцированных клетках число свободных рибосом уменьшается, увеличивается число рибосом и полисом, связанных с эндоплазматической сетью и обеспечивающих синтез белков «на экспорт». Большое содержание рибосом в клетках обуславливает явление базофилии. Это свойство используется для контроля при проведении цитохимических реакций выявления РНК, например, методом Браше.

Внутриклеточный синтез белка проходит ряд последовательных стадий и генетически контролируется ядром. Для обеспечения синтеза необходимо иметь следующие компоненты: аминокислоты, информационную РНК, транспортную РНК для всех аминокислот, ферменты для активирования аминокислот и АТФ.

Информационная РНК существует 4-8 часов, после чего разрушается ферментом РНКазой, содержащейся в одной из рибосом. За 1,5-2 минуты образуется 1 молекула белка. Число молекул белка определяется числом рибосом, через которую проходит и-РНК. Образующийся белок поступает в цистерны ГЭР и далее транспортируется в комплекс Гольджи.

Микротрубочки.

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры с внешним диаметром 25 нм. Состоят из глобулярного белка тубулина, молекулы которого соединяются друг с другом в нитевидные комплексы, образуя цилиндрическую структуру. Микротрубочки, как и актиновые микрофиламенты, очень динамичны. Их сборка из молекул тубулина сходна со сборкой микрофиламентов: они легко обмениваются мономерами с цитоплазматическим тубулином. Как и микрофиламенты, микротрубочки обладают структурной полярностью (плюс- и минус-концы). Большинство микротрубочек ассоциированы со вспомогательными белками, которые участвуют в регуляции сборки микротрубочек и обеспечивают их взаимодействие с другими внутриклеточными структурами. В отличие от актиновых микрофиламентов, система микротрубочек в клетке централизована: они растут из определенного места, называемого центром организации микротрубочек. В интерфазной клетке этот центр располагается вблизи ядра и называется центросомой (или клеточным центром). Центросома является носителем у-тубулиновых «затравок», инициирующих рост микротрубочек. Отсюда микротрубочки растут с постоянной скоростью вплоть до приближения их плюс-концов к краю клетки, где фазы роста сменяются фазами укорочения, и длина микротрубочек осциллирует (так называемый режим динамической нестабильности). Тем временем минус-конец микротрубочки может отделиться от центросомы, что приводит к быстрой деполимеризации — разборке микротрубочки. На освободившихся «затравках» может инициироваться рост новых микротрубочек. Вместе с тем в цитоплазме имеются микротрубочки, способные к спонтанной самосборке и разборке вне связи с какими-либо структурами.

Некоторые растительные яды, например колхицин или колцемид, присоединяясь к мономерам тубулина, препятствуют его полимеризации и блокируют рост микротрубочек. Поскольку деполимеризация при этом продолжается, микротрубочки постепенно разрушаются, в том числе микротрубочки митотического веретена, что останавливает деление клетки на стадии митоза. Аналогичным механизмом действия обладают противоопухолевые растительные алкалоиды винкристин и винбластин. Другой растительный агент — таксол — не подавляет, а, наоборот, активирует полимеризацию тубулина, препятствуя деполимеризации микротрубочек: последние становятся стабильными и не укорачиваются. Однако такая стабилизация тоже останавливает деление клетки на стадии митоза, что позволяет использовать таксол для противоопухолевой химиотерапии. Главной функцией микротрубочек является внутриклеточный транспорт. Благодаря специальным моторным белкам — динеинам и кинезинам — микротрубочки служат своеобразными «рельсами» для направленного перемещения в клетке различных органелл или каких-либо материалов. Молекула моторного белка одним своим концом прикрепляется к боковой стороне микротрубочки, а другой — к «грузу», подлежащему транспортировке. Подобно миозину, соединенному с актином, моторный белок (при наличии АТФ) развивает тянущее воздействие, вызывающее перемещение «груза» вдоль микротрубочки, или взаимное скольжение микротрубочек относительно друг друга. Направление движения определяется моторным белком: кинезины перемещают «груз» к плюс-концу, динеины — к минус-концу микротрубочки. Микротрубочки наряду с актиновыми микрофиламентами играют ключевую роль в приобретении клеткой асимметричной поляризованной формы, необходимой для ее направленного перемещения. Эта роль микротрубочек основана на их транспортной функции. Между актиновыми микрофиламентами и микротрубочками имеются поперечные механические связи, осуществляемые кросс-линкерными белками. Обе цитоскелетные системы кооперированно участвуют в процессах сборки и функционирования адгезионных структур, связывающих клетку с внеклеточным матриксом, определяя способность клеток к активному передвижению — локомоции.

Центриоли.

Центриоли лежат в паре, каждая из которых состоит из 9 триплетов периферических микротрубочек. Пара центриолей (диплосома), расположенных перпендикулярно друг к другу, окружена зоной светлой цитоплазмы и радиально отходящими микротрубочками (центросфера). Все эти образования - диплосома и центросфера- образуют органеллу, которая называется клеточным центром.

Ядро.

Основная функция ядра: 1) хранение и передача информации; 2) обеспечение синтеза белка- создание аппарата белкового синтеза.

Структура и функция ядра изменяется с течением цикла клетки - времени существования клетки от деления до деления или от деления до смерти. Клеточный цикл соматических клеток состоит из митоза и интерфазы (период между делениями). Интерфаза включает три основных периода: пресинтетический, синтетический, постсинтетический. Ядра интерфазных не делящихся клеток, несмортя на различие в размерах и форме, имеют общий план строения. Интерфазное ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышка и кариоплазмы.

Оригинал работы:

Конспект лекции на тему: «Клетка и клеточные структуры»