Читайте также:
|
Вопрос 3.Клеточная теория- этапы развития.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ
- 1590-1610 гг. - голландские оптики братья Ганс и Захариус Янсены создают микроскоп.
- 1665 г. - Роберт Гук впервые употребил термин «клетка» для описания структуры пробки.
- 1650-1700 - Антони ван Левенгук при помощи хорошо отшлифованных линз наблюдает различные одноклеточные организмы, в 1676 г. описывает бактерии; изучает более 200 видов организмов, дрожжевые грибы, эритроциты, сперматозоиды.
- 1667 г. - Ян Сваммердам исследует микроскопическое строение насекомых.
- 1661-1668 гг. - Марчелло Мальпиги изучает клетки растений, мозга, печени, сетчатки, нервов, кожи, капилляров и т. П
- 1759 г. - Каспар Фридрих Вольф разрушает теорию преформизма, дает начало эмбриологии и цистологии.
- 1827 г. - Долланд резко улучшает качество линз, интерес к микроскопии увеличивается.
- 1827 г. - Карл Максимович Бэр открывает яйцеклетки млекопитающих, устанавливает, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки, т. е. клетка - единица развития.
- 1831-1833 - Роберт Броун обнаружил ядро в растительных клетках.
- 1839 г. - ботаник М. Шлейден и зоолог М. Шванн сформулировали клеточную теорию, пришли к выводу, что клетка является основной единицей строения и функции в живых организмах.
- 1840 г.- Ян Пуркинье предложил название протоплазмы для клеточного содержимого.
- 1855 г. - Рудольф Вирхов высказал свое знаменитое утверждение о том, что всякая клетка происходит от клетки.
- 1866 г. - Геккель установил, что хранение и передачу наследственной информации осуществляет ядро, т. е. установлены функции ядра.
- 1866-1883 гг. - открыты пластиды, в частности хлоропласты.
- 1890 г. - открыты митохондрии.
- 1898 г. - Камилло Гольджи открыл органоид, получивший впоследствии название «минарет Гольджи». - 1900 г. - вновь открыты законы Г. Менделя, начинает развиваться цитогенетика.
- 1930-е гг. - появился электронный микроскоп и стало возможным по настоящее время изучение ультраструктуры клетки.
Вопрос 4. Постулаты клеточной теории.
Постулаты клеточной теории. Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и на сегодняшний день, хотя за более чем сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток. В настоящее время клеточная теория постулирует следующее: 1. Клетка — элементарная единица живого: вне клетки нет жизни. 2. Клетка — единая система, включающая множество закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц — органелл или органоидов. 3. Клетки сходны (гомологичны) по строению и по основным свойствам. 4. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала (ДНК): клетка от клетки. 5. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция). 6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, т.е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию - к дифференцировке.
Клетка — элементарная единица живого: вне клетки нет жизни. Клетка – это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом. Короче: клетка – самоподдерживающаяся и самовоспроизводящаяся система биополимеров. Это определение дает описание основных свойств «живого» – воспроизведение подобного себе из неподобного себе.
Клетка — единая система, включающая множество закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц — органелл или органоидов. Формально любую клетку можно «разложить» на ряд как бы независимых структурных и функциональных компонентов, выполняющих свои специфические функции. Так, например, эукариотические клетки принято разделять на ядра и цитоплазму. В цитоплазме, в свою очередь выделяют гиалоплазму или основную плазму клетки (цитозоль – растворимый компонент цитоплазмы по терминологии биохимиков), а также целый ряд структур – органелл, выполняющих свои отдельные специфические функции. Это мембранные органеллы: одномембранные (вакуолярная система, включающая в себя эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, эндо- и экзоцитозные вакуоли, лизосомы, пероксисомы) и двумембранные (митохондрии и пластиды). К немембранным органеллам нужно отнести рибосомы и систему цитоскелетных фибрилл. Кроме того вся поверхность клетки покрыта цитоплазматической мембраной, тесно функционально связанной как с вакуолярной системой, с элементами цитоскелета, так и с гиалоплазмой.Но каждая из этих морфологических «отдельностей» представляет собой новую систему или подсистему функционирования. Так клеточное ядро является системой хранения, воспроизведения и реализации генетической информации. Гиалоплазма – система основного промежуточного обмена; рибосомы – элементарные клеточные машины синтеза белка; цитоскелет – опорно-двигательная система клетка; вакуолярная система – система синтеза и внутриклеточного транспорта белковых биополимеров и генезиса многих клеточных мембран; митохондрии – органеллы энергообеспечения клетки за счет синтеза АТФ, пластиды растительных клеток – система синтеза АТФ и фотосинтеза, плазматическая мембрана – барьерно-рецепторно-транспортная система клетки.Аналоги этих систем есть и у прокариот: это – плазматическая мембрана, которая кроме пограничной роли участвует в процессах синтеза АТФ и фотосинтеза, цитозоль, рибосомы, и даже элементы цитоскелета.Важно подчеркнуть, что все эти подсистемы клетки образуют некое сопряженное единство, находятся во взаимозависимости. Так, например, нарушение функций ядра сразу сказывается на синтезе клеточных белков, нарушение работы митохондрий прекращает все синтетические и обменные процессы в клетке, разрушение элементов цитоскелета прекращает внутриклеточный транспорт и т.д. Как в часовом механизме повреждение любой его части приводит к остановке всей системы в целом.
Гомологичность клеток. Термин гомологичность означает сходство по коренным свойствам и отличие по второстепенным. Так, например, руки человека, крыло птицы, передняя нога лошади гомологичны, сходны не только по плану строения, но и по своему происхождению. Подобно этому можно говорить, что разные клетки организмов растительного или животного происхождения сходны, гомологичны. Это обобщение, сделанное еще Т. Шванном, нашло свое подтверждение и развитие в современной цитологии, использующей новые достижения техники, такие, как электронный микроскоп. Гомологичность строения клеток наблюдается внутри каждого из типов клеток: прокариотическом и эукариотическом. Хорошо известно разнообразие клеток как бактериальных, так и высших организмов. Такое одновременное сходство строения и разнообразие форм определяются тем, что клеточные функции можно грубо подразделить на две группы: обязательные и факультативные. Обязательные функции, направленные на поддержание жизнеспособности своих клеток, осуществляются специальными внутриклеточными структурами. Общим же законом для многоклеточных растительных и животных организмов является то, что несмотря на структурные и функциональные различия клеток данного организма в генетическом отношении они однородны, тождественны и тотипотентны.
Подводя итог рассмотрению современного состояния клеточной теории, нужно сказать, что именно клетка является единицей развития многоклеточных, единицей их строения, единицей функционирования и единицей патологических изменений организма.
Вопрос 5.Общая морфология животной и растительной клетки. Сходство различия. Взаимосвязь структуры и функции.
Общим для всех клеток является их морфологическое строение. Каждая клетка представляет собой живое вещество — протоплазму, содержащую ядро и отграниченную от внешней среды клеточной оболочкой — протоплазматической мембраной. Клеточная мембрана помимо механической функции, обладая избирательной проницаемостью, играет важную роль в обмене веществ клетки: она не только разделяет, но и связывает клетки между собой. В протоплазме находятся микроскопические «органы» клетки — клеточные органоиды. К ним относятся: митохондрии — «энергостанции» клетки, дающие ей энергию для процессов жизнедеятельности (их особенно много в мышечных клетках, расходующих большое количество энергии); рибосомы — «фабрики» белков (самые маленькие органоиды клетки), являющиеся местом синтеза белков; лизосомы — «органы пищеварения» клетки. Лизосомы представляют собой микроскопические мешочки, покрытые мембраной такого же строения, как клеточная, и заполненные ферментами, которые расщепляют крупные молекулы питательных веществ на более мелкие части. Рядом с ядром клетки находятся так называемые центриоли, или центросомы, играющие важную роль в делении клетки. Вся протоплазма клетки пронизана системой полостей и канальцев, играющих важную роль в транспорте различных веществ. Эта своеобразная и лабильная система «трубопроводов» клетки, называемая эндоплазма-тической сетью, необходима для нормального течения клеточных процессов обмена веществ; она участвует в синтезе белков и выполняет механические функции. Относительно мало изучены строение и функции еще одного органоида клетки — аппарата Гольджи (сетчатое тело, или диктиосома), который состоит из нескольких не связанных между собой тел. Есть доказательства, что аппарат Гольджи принимает участие в синтезе клеточных мембран при делении клеток и замене старых, «отслуживших свой срок», новыми, а также в секреции некоторых безбелковых веществ. Обязательным компонентом любой клетки является клеточное ядро. Оно является главным распорядителем всех клеточных процессов и местом хранения наследственной информации. Разрушение ядра приводит к нарушению процессов жизнедеятельности клетки и ее гибели. Общим для всех клеток является их химический состав. Из 104 известных в настоящее время химических элементов в состав живых организмов входит свыше 70. Основу любой клетки составляют четыре химических элемента: углерод, водород, кислород и азот (96 % массы клетки); около 3 % массы клеток — фосфор, сера, кальций, калий, натрий, хлор, железо, магний, кремний; около 1 % — так называемые микроэлементы: йод, медь, кобальт, цинк, никель, золото и многие другие, составляющие сотые и тысячные доли процента клеточного содержимого. Все химические соединения клетки можно разделить на две группы: неорганические — вода и минеральные соли; органические — белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и некоторые другие соединения. В растительной и животной клетке существуют общие органоиды, такие как ядро, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи. Однако растительная клетка имеет существенные отличия от животной клетки. Растительная клетка как и животная, окружена цитоплазматической мембраной, но кроме неё ограничена толстой клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы, которой нет у животных клеток. Накапливающие клеточный сок вакуоли есть как в растительных, так и в животных клетках, но в животных клетках они выражены слабо. Преобладание синтетических процессов над процессами освобождения энергии — это одна из наиболее характерных особенностей обмена веществ растений. Первичный синтез углеводов из неорганических веществ осуществляется в пластидах. Так, в животных клетках, в отличие от растительных, отсутствуют следующие пластиды: хлоропласты (отвечают за реакцию фотосинтеза), лейкопласты (отвечают за накопление крахмала) и хромопласты (придают окраску плодам и цветам растений)Таким образом, следующие основные отличия растительной от животной клетки:
1) В растительной клетке присутствует прочная и толстая клеточная стенка из целлюлозы
2) В растительной клетке развита сеть вакуолей, в животной клетке она развита слабо
3) Растительная клетка содержит особые органоиды — пластиды (а именно, хлоропласты, лейкопласты и хромопласты), а животная клетка их не содержит.
Вопрос 6. Прокариоты и эукариоты: сходство различие.
Прокариоты и эукариоты: сходство различия. Все живые организмы на Земле делятся на две группы – надцарство прокариот и надцарство эукариот. К надцарству прокариот относится три царства: царство бактерий (эубактерий), царство архебактерий, царство цианобактерий (цианей, зинезеленых водорослей). К надцарству эукариот относится три царства:царство растений, царство животных царство грибов. Главное отличие У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой). Дополнительные отличия 1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое. 2) У прокариот из органоидов имеются только рибосомы (мелкие, 70S), а у эукариот кроме рибосом (крупных, 80S) имеется множество других органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д. 3) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз. Сходства Клетки всех живых организмов (всех царств живой природы) содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы. Все живые организмы на земле состоят из клеток. Различают два вида клеток, в зависимости от их организации: эукариоты и прокариоты. Эукариоты представляют собой надцарство живых организмов. В переводе с греческого языка «эукариот» обозначает «владеющий ядром». Соответственно эти организмы в своем составе имеют ядро, в котором закодирована вся генетическая информация. К ним относятся грибы, растения и животные. Прокариоты – это живые организмы, в клетках которых ядро отсутствует. Характерными представителями прокариот являются бактерии и цианобактерии. Время возникновения. Первыми приблизительно 3,5 миллиарда лет тому назад возникли прокариоты, которые через 2,4 миллиарда лет положили начало развитию эукариотических клеток. Размер. Эукариоты и прокариоты сильно отличаются по размеру друг от друга. Так диаметр эукариотической клетки — 0,01-0,1 мм, а прокариотической – 0,0005-0,01 мм. Объем эукариота порядка 10000 раз больше, чем объем прокариота. ДНК. Прокариоты имеют кольцевую ДНК, которая располагается в нуклеоиде. Эта клеточная область отделена от остальной цитоплазмы при помощи мембраны. ДНК никак не связана с РНК и белками, отсутствуют хромосомы. ДНК эукариотических клеток линейная, располагается в ядре, в котором имеются хромосомы. Клеточное деление. Прокариоты размножаются в основном простым делением пополам, в то время как эукариоты делятся при помощи митоза, мейоза или сочетанием этих двух способов.Органеллы. У эукариотических клеток имеются органеллы, характеризующиеся наличием собственного генетического аппарата: митохондрии и пластиды. Они окружены мембраной и имеют способность к размножению посредством деления. В прокариотических клетках также встречаются органеллы, но в меньшем количестве и не ограниченные мембраной. Фагоцитоз. Эукариоты, в отличие от прокариот, имеют способность к перевариванию твердых частиц, заключая их в мембранный пузырек. Существует мнение, что эта особенность возникла в ответ на необходимость полноценно обеспечить питанием клетку во много раз большую прокариотической. Следствием наличия у эукариот фагоцитоза стало появление первых хищников. Двигательные приспособления. Жгутики эукариот имеют достаточно сложное строение. Они представляют собой тонкие клеточные выросты, окруженные тремя слоями мембраны, содержащие 9 пар микротрубочек по периферии и две в центре. Имеют толщину до 0,1 миллиметра и способны изгибаться по всей длине. Кроме жгутиков, для эукариот характерно наличие ресничек. Они по своей структуре идентичны жгутикам, отличаясь только размером. Длина ресничек не более 0,01 миллиметра. Некоторые прокариоты также имеют жгутики, однако, очень тонкие, около 20 нанометров в диаметре. Они представляют собой пассивно вращающиеся полые белковые нити.Таким образом, следующие основные отличия эукариот от прокариот: 1.Эукариоты в основном многоклеточные организмы, размножающиеся посредством митоза и мейоза. Прокариоты – одноклеточные, размножаются делением надвое. 2.ДНК прокариот свободно находится в цитоплазме и имеет форму кольца. У эукариот имеется ядро, где и расположена линейная ДНК. 3.Размеры эукариотической клетки значительно превышают размеры прокариотической, при этом эукариоты характеризуются наличием фагоцитоза, который способствует достаточному питанию клетки.
Вопрос 7.Ультраструктура и функция мембран: унификация и спецификация. От бутербродной модели к последним достижениям.
Все без исключения клеточные мембраны построены по общему принципу: это тонкие липопротеидные пленки, состоящие из двойного слоя липидных молекул, в который включены молекулы белка. В весовом отношении в зависимости от типа мембран на долю липидов приходится 25-60%, на долю белков 40-75%. В состав многих мембран входят углеводы, количество которых может достигать 2-10%. Структурной основой мембран является двойной слой липидов. К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и хорошей растворимостью в органических растворителях (липофильность). Состав липидов, входящих в мембраны клетки, очень разнообразен (рис. 116). Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды (глицерофосфатиды), сфингомиелины и из стероидных липидов - холестерин. Мембранные белки встроены в билипидный слой.В среднем в липопротеидных мембранах белки по весу составляют 50%. Но количество белков в разных мембранах может быть различным. Так в мембранах митохондрий на долю белков приходится около 75%, а в плазматической мембране клеток миелиновой оболочки - около 25%. Но так как липидные молекулы имеют небольшой размер (около 0,5 нм) и молекулярный вес, их число по отношению к числу белковых молекул выше в 50 раз. Поэтому белковые молекулы как бы вкраплены в билипидный слой мембраны. Часть из них связана с липидными головками с помощью ионных (солевых) связей и поэтому легко экстрагируется из мембран растворами солей. Другие образуют солевые связи с полярными участками липидов через взаимодействие с ионами Mg++ или Ca++, такие белки экстрагируются с помощью хелатных соединений. Липиды и белки мембран обладают латеральной подвижностью.Липидные молекулы двигаются вдоль липидного слоя, могут вращаться вокруг своей оси, а также переходить из слоя в слой, что происходит редко и с помощью специальных переносчиков. Белки плавающие в “липидном озере” также обладают латеральной, продольной подвижностью, но скорость их перемещения в десятки и сотни раз ниже. Изучать перемещение белковых молекул в составе мембран на живых клетках проще на примере плазматической мембраны. Клеточные мембраны асимметричны.Состав липидов по обе стороны мембраны различен, что определяет асимметричность в строении билипидного слоя. Разные мембраны имеют различные свойства. Несмотря на поразительную схожесть строения различных мембран, построенных по принципу липидного бислоя с вмонтированными в него белками, физические и химические свойства разных мембран различны. Это связано с тем, что в разных мембранах общий состав липидов значительно различается, что определяет особые свойства мембран.Разные мембраны клетки могут отличаться друг от друга по количеству липидов. Так, плазматическая мембрана содержит 35-40% липидов, а мембраны митохондрий - 27-29%. Самое высокое содержание липидов в плазматической мембране шванновских клеток, образующих миелиновую оболочку нервов, - дл 80%.Было обнаружено, что клеточные мембраны сильно отличаются друг от друга по составу липидов. Так, плазматические мембраны клеток животных богаты холестерином (до 30%) и в них мало лецитина, в то время как мембраны митохондрий, наоборот, богаты фосфолипидами и бедны холестерином. Из общего количества липидов содержание фосфатидилхолина (лецитина) во фракциях эндоплазматической сети составляет 60-70% от всех фосфолипидов, в то время как в плазматической мембране его может быть 25-35%. Первая модель строения биологических мембран была предложена в 1902 году. Овертон заметил, что через мембраны лучше всего проникают вещества, хорошо растворимые в липидах, и на основании этого предположил, что биологические мембраны состоят из тонкого слоя фосфолипидов. На самом деле, на поверхности раздела полярной и неполярной сред (например, воды и воздуха) молекулы фосфолипидов образуют мономолекулярный (одномолекулярный) слой. Их полярные "головы" погружены в полярную среду, а неполярные "хвосты" ориентированы в сторону неполярной среды. Поэтому можно было предположить, что биологические мембраны построены из монослоя липидов. В 1925 году Гортер и Грендел показали, что площадь монослоя липидов, экстрагированных из мембран эритроцитов, в два раза больше суммарной площади эритроцитов. Гортер и Грендел экстрагировали липиды из гемолизированных эритроцитов ацетоном, затем выпаривали раствор на поверхности воды и измеряли площадь образовавшейся мономолекулярной пленки липидов. На основе результатов этих исследований было сделано предположение, что липиды в мембране располагаются в виде бимолекулярного слоя. Даниелли и Девсон предложили в 1935 году так называемую "бутербродную" модель строения биологических мембран, которая с некоторыми несущественными изменениями продержалась в мембранологии в течении почти 40 лет. Согласно этой модели, мембрана - трехслойная: она образована двумя расположенными по краям слоями белковых молекул, с липидным бислоем посередине; образуется нечто вроде бутерброда - липиды, наподобие масла, между двумя "ломтями" белка. Однако по мере накопления экспериментальных данных пришлось в конце концов отказаться и от "бутербродной" модели строения биологических мембран. Совокупность результатов, полученных физическими и химическими методами исследования, дала возможность предложить новую модель строения биологических мембран - жидкостно-мозаичную (Сингер и Никольсон, 1972 год). Согласно Сингеру и Никольсону, структурную основу биологической мембраны составляет двойной слой фосфолипидов, инкрустированный белками, подобно тому, как инкрустация цветными камешками и стеклышками создает мозаичную картину. При этом различают поверхностные (или периферические) и интегральные белки.
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 205 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |