Кафедра биологии с экологией и курсом фармакогнозии Лекция

Кафедра биологии с экологией и курсом фармакогнозии Лекция 2 КЛЕТКА – ЭЛЕМЕНТАРНАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА Доцент Н. Н. Дегерменджи

План 1. Клеточная теория. Типы клеточной организации 2. Структурно-функциональная организация эукариотических клеток 3. Генетический материал клеток 4. Закономерности существования клетки во времени

1590 г Ганс и Захарий Янссены – первый микроскоп 1665 г Р. Гук «Анатомия растений» ячейки тканей пробки дуба- клетки (китос (греч. )- полость, целлюла ( лат. ) - ячейка). 1830 г Я. Пуркине -главная составная часть клетки протоплазма (живое содержимое клетки) 1831 (33) г Р. Броун у орхидных постоянный компонент – ядро

1838 г. М. Шлейден - роль ядра в растительных клетках. 1839 г. Т. Шванн «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» 1858 -59 г. г. Р. Вирхов «Целлюлярная патология» 1882 г. Страсбургер выделил цитоплазму и кариоплазму.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ (1838 -1839 гг Т. Шванн, М. Шлейден) 1. Клетки растений и животных принципиально сходны между собой 2. Каждая клетка функционирует независимо от других, но вместе со всеми 3. Все клетки возникают из бесструктурного вещества неживой материи.

Рудольф Вирхов (патологоанатом) «Целлюлярная патология» (1859) внес существенные уточнения в последнее положение клеточной теории: -все клетки возникают из клеток путем их деления ( omnia cellulae e cellula )

Клетка – это обособленная, наименьшая по размерам структура, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может во внешних условиях поддерживать эти свойства в себе самой и передавать их в ряду поколений.

Независимо от индивидуальных структурно-функциональных Особенностей все клетки одинаковым образом: 1. Хранят биологическую информацию 2. Редуплицируют генетический материал 3. Используют генетическую информацию для осуществления своих функций на основе синтеза белка 4. Хранят и переносят энергию 5. Превращают энергию в работу 6. Регулируют обмен веществ.

МНОГООБРАЗИЕ КЛЕТОК БАКТЕРИИ ПРОСТЕЙШИЕ КЛЕТКИ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ

Прокариоты Micrococcus radiodurans «Устойчивая к излучению» Bacillus subtilis Сенная палочка

Эукариоты

Эукариотических тип организации клеток: • Характерен для одно- и многоклеточных организмов. • Типична высокая упорядоченность внутреннего содержимого клеток за счет явления КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИИ ее объема (деления на ячейки, отличающиеся ферментативным составом). • Включают 3 составные части: клеточную мембрану с надмембранными образованиями, цитоплазму, клеточное ядро.

Плазматическая мембрана (плазмалемма) от греческого – plasma - форма, lemma – оболочка 1935 г – Н. Даусон и Р. Даниэлли - «Бутербродная» модель строения мембраны 1972 г – С. С(З)ингер и Д. Николсон модель «жидкой мозаичной мембраны»

Жидкостно-мозаичная модель Полисахариды Липиды Поверхностные белки Интегральные белки Полуинтегральные белки

Образование биомембран 1. Н 3 С 2. N+ - CH 2 O P CH 2 O CO CH 2 O O CH 2 CO CH 2 1. Гидрофильная «головка» 2. Гидрофобные «хвосты» CH 2 Липиды определяют структурную целостность мембран. Их молекулы имеют два полюса. Один конец гидрофильный – полярный, другой гидрофобный - неполярный

Образование биомембран В биологической мембране молекулы липидов двух слоев обращены друг к другу неполярными концами, а полярные полюса обращены кнаружи. Организация липидных молекул в бислой ограничивает их подвижность и усиливает их возникновение, однако некоторые виды подвижности имеются. Это является необходимым условием стабильности билипидного слоя

Образование биомембран Белки в мембране делятся на три группы: Периферические -соединяются с головками , благодаря электростатическим взаимодействиям Погруженные – образуют на мембране биохимический «конвейер» Интегральные - обеспечивают передачу информацию в двух направлениях: в клетку и обратно. Они бывают двух типов переносчики и каналообразующие

Функции мембран Разграничительная – в клетке обеспечивают компартментализацию Рецепторная – обеспечивается молекулами интегральных белков, имеющих полисахаридные концы

Функции мембран Транспортная – обеспечивают гомеостаз в клетке Различают пассивный и активный транспорт Пассивный транспорт происходит без затраты энергии путем : простой диффузии, облегченной диффузии и осмоса Активный транспорт происходит с затратой энергии при участии белковпереносчиков, например: калий натриевый насос

Функции мембран Поступление в клетку крупных макромолекул – эндоцитоз: фагоцитоз и пиноцитоз Происходит с затратой АТФ

Функции мембран Секреторные гранулы в бокаловидных клетках кишечника Удаление из клетки – экзоцитоз – выводится из клетки гормоны , белки, и другие продукты обмена

Функции мембран Катализ биохимических процессов за счет мембранных белков Передача нервных импульсов через синапсы

Функции мембран Участие в образовании тканей за счет контактов: плотных , щелевых и через десмосомы Схема межклеточных контактов 1 Простой 2 «Замок » 3 Десмосо ма

Состав липидов: 25 -60% от состава мембраны. - Глицерофосфаты - Холестерин (в животных клетках) - Сфингомиелины - Фитостерины (в растительных клетках)

Углеводный компонент: 2 -10% от состава мембраны - это гликопротеины, связанные с интегральными белками. Гликопротеины формируют гликокаликс в животной клетке, он расположен в наружных слоях мембраны.

Клеточная стенка Состав: целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин Функции: - защита протопласта - поддержание формы клеток -препятствует разрыву клетки - обеспечивает механическую прочность

Цитоплазма I. Гиалоплазма II. Органоиды Специальные Общие Мембранные Немембранные Двумембранные Митохондрии Пластиды Рибосомы КЦ Микротрубочки Микрофиламетны Одномембранные ЭПС (ЭР) КГ Лизосомы Микротельца Сферосомы Глиоксисомы Реснички Жгутики Миофибриллы Нейрофибриллы III. Включения Вакуоли Трофические Секреторные Специальные Экскреторные

Комплекс Гольджи лизосома Клеточный центр микрофиламенты

Лизосомы и комплекс Гольджи

Гранулярная эндоплазматическая сеть, рибосомы

М Микротрубочки (окраска меченными антителами. Фото А. Буракова)

Митохондрии (окраска родамином. Фото А. Минина)

Клеточный центр в дробящейся яйцеклетке лошадиной аскариды Центриоли и лучистая сфера

ПЛАСТИДЫ ХЛОРОПЛАСТЫ

Специальные органоиды реснички

3 2 3 1 1 – Клеточная стенка 2 – Крахмальные зерна 3 - Цитоплазма 1 - Капли жира в клетках печени аксолотля 2 – Ядро клетки ТРОФИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ 3 - Мембрана

ядро 1 – ЯДРО ДИФФУЗНОГО ТИПА (в период интерфазы) 1 2 2 – ЯДРО ХРОМОНЕМНОГО ТИПА (подготовка к делению)

Ядро

Хромосомы – материальные носители наследственной информации ФУНКЦИИ – ХРАНЕНИЕ, ПЕРЕДАЧА И РЕАЛИЗАЦИЯ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ГИПОТЕЗА О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ ХРОМОСОМ – Н. К. Кольцов, 1927, 1935

Создание модели ДНК Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик 1953 г.

Свойства ДНК • • • 1. репликация 2. репарация 3. транскрипция 4. рекомбинация 5. мутация Основная функция ДНК – хранение и передача наследственной информации.

Репликация ДНК

S-период интерфазы Схематическое изображение процесса репликации Показаны: запаздывающая нить, лидирующая нить, ДНК полимераза (Polα), ДНК лигаза, РНК праймер, ДНК праймаза, фрагмент Оказаки, ДНК полимераза (Polδ), хеликаза, одиночная нить со связанными белками, топоизомераза.

РЕПАРАЦИЯ ДНК

Эксцизионная репарация

Модель ферментативной репарации ДНК

Начальный уровень компактизации хромосом нуклеосомный нуклеомерный хромонемный хромомерный

1. НУКЛЕОСОМА – дискретная единица хроматина ДНК 146 по 4 пары гистонов Нуклеосомы в виде «бусин на нити» уплотнение ДНК в 7 раз

2. нуклеомерный - упаковка нуклеосом с помощью гистоновых белков. -Возникает структура спирального типа – соленоид. Она повышает компактность ДНК еще в 40 -70 раз. Под электронным микроскопом соленоид –фибриллы хроматина.

3. Доменно-петлевой или хромомерный - Связан с негистоновыми белками. - Фибриллы хроматина в местах связывания с негистоновыми белками образуют петли. - Формируется поперечная петлистая структура вдоль хромосомы Уплотнение ДНК в 600 -700 раз.

4. Дезактивация хроматина, образуется гетерохроматин. В митотических хромосомах ЭТО– хромонемы (профаза, ранняя телофаза). 5. Спирализация хроматина образование хромосом.

2 Нуклеомерный 3 - Доменнопетлевой 1 - Нуклеосомный

КАРИОТИП Метафазная пластинка

Систематизированный кариотип — это нумерованный набор пар гомологичных хромосом. Изображения хромосом ориентируются вертикально короткими плечами вверх. Нумерация производится в порядке убывания размеров. Пара половых хромосом помещается в конец набора

Раскладка на пары хромосом

Хромосомы: а– речной рак (2 п=196) б – комар Culex (2 п= 6) в – щука (2 п =18) д - кошка (2 п =38) е – лошадь (2 п=66) ж –бык (2 п=60) з –саламандра (2 п=34) и – овца (2 п=54)

МЕТАФАЗА (Фото А. Ходякова) Поздняя АНАФАЗА (Фото А. Ходякова)

ТЕЛОФАЗА (Фото А. Ходякова)

МИТОЗ МЕРИСТЕМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ

ГЕНЫ БОЛЕЗНЕЙ, КАРТИРОВАННЫЕ В ПЕРВОЙ ХРОМОСОМЕ

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ НАЗОВИТЕ ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА КЛЕТКИ