Клеточные формы жизни Клітинні форми

Клеточные формы жизни

• Клітинні форми життя. Основну масу живих і складають організми, які мають клітинну будову. У процесі еволюції органічного світу клітина набула властивостей елементарної системи, в якій можливий прояв усіх закономірностей, що характе ризують життя. • Клітинні організми поділяють на дві категорії: ті, що не мають типового ядра доядерні, або про каріоти (Ргосагуота), та ті, які мають ядро ядерні, або еукаріоти (Еисагуота). До прокаріотів належать бактерії та синьозелені водорості, до еукаріотів - більшість рослин, гриби і тварини. Встановлено, що різниця між одноклітинними прокаріотами й еукаріотами більш суттєва, ніж між одноклітинними еукаріотами та вищими росли нами і тваринами.

Рис. 1. 3 Клітина прокаріотів (мікрофотографія): 1 нуклеоїд; 2 клітинна мембрана; 3 цитоплазма.

• Прокаріоти доядерні організми, які не мають типового ядра, оточеного ядерною оболонкою. Ге нетичний матеріал представлений генофором ниткою ДНК, яка утворює кільце. Ця нитка не на була ще складної будови, що характерно для хро мосом, у ній немає білків гістонів. Поділ клітини простий, але йому передує процес реплікації. У клітині прокаріотів відсутні мітохондрії, центріолі, пластиди, розвинена система мембран. • Із організмів, що мають клітинну будову, найбільш примітивні мікоплазми Це подібні до бактерій організми, що ведуть паразитичний або сапрофітний спосіб життя. За розмірами мікоплазми наближаються до вірусів. На відміну від вірусів, у яких процеси життєдіяльності відбуваються тільки після проникнення у клітину, мікоплазми здатні жити, як і інші організми, що мають клітинну будову.

Мікоплазма (мікрофотографія

• Ці бактеріоподібні організми можуть рости і розмножуватися на синтетичному середовищі, їхня клітина побудована з порівняно невеликої кількості молекул (близько 1200), але має повний набір макромолекул, що характерні для будь яких клітин (білки, ДНК, РНК) і містить близько 300 різних ферментів. • За деякими ознаками клітини мікоплазми стоять ближче до клітин тварин, ніж до рослин. Вони не мають твердої оболонки, оточені гнучкою мембраною, склад ліпідів близький до тваринної клітини.

• Бактерії (рис. 1. 6) та синьозелені водорості об'єднані в підцарство Дроб'янки. Клітина типових дроб'янок вкрита оболонкою із целюлози. Дроб'ян кивідіграють суттєву роль у кругообігу речовин у природі: синьозелені водорості як синтетики органічної речовини, бактерії як мінералізатори її. Багато бактерій мають медичне і ветеринарне зна чення як збудники хвороб.

Ціанобактерії (мікрофотографія).

• Еукаріоти ядерні організми, які мають ядро, оточене ядерною мембраною. Генетичний матері ал зосереджений переважно у хромосомах, які скла даються з ниток ДНК та білкових молекул. Ділять ся ці клітини мітотично. Є центріолі, мітохондрії пластиди. Серед еукаріотів є як одноклітинні, так і багатоклітинні організми. • Жива клітина це впорядкована система, для якої є характерним отримувати ззовні, перетворювати і частково виділяти різні хімічні сполуки. Отже, кліти ни це відкриті системи; робота їх відбувається за принципом саморегуляції, яка генетично запро грамована. Збереження генетичної інформації та її наступна реалізація в довгій низці поколінь здійснюєть ся системою нуклеїнових кислот. У цілому це забез печує фундаментальну властивість життя історич ну неперервність біологічних процесів.

13

МНОГООБРАЗИЕ КЛЕТОК Prezentacii. com

ФОРМЫ КЛЕТОК Шаровидные Кубические Изодиаметрические Шаровидны клетки бактерий (стафилококк) Яйцеклетка Клетки эпидермиса Клетки паренхимы Каменистые клетки

ФОРМЫ КЛЕТОК Многоугольные Веретеновидные Запасающие клетки Ассимилирующие клетки Клетки гладкой мускулатуры

РАЗМЕРЫ КЛЕТОК Сперматозоид человека 5 мкм – головка 60 мкм жгутик Жгутиковая водоросль хламидомонада 20 мкм Эвглена зеленая От 60 мкм до 500 мкм Яйцеклетка человека 150 мкм

РАЗМЕРЫ КЛЕТОК Паренхимальные клетки бузины 200 мкм Трахеиды сосны 2000 мкм

Клетки крови (эритроциты) Клетки скелетной поперечно полосатой мышечной ткани Нервная клетка Клетки гладкой мышечной ткани

Клетки однослойного эпителия Клетки хрящевой ткани Клетки костной ткани Клетки жировой ткани

Разнообразие животных и растительных клеток: 1 — клетка печени аксолотля, в цитоплазме — красные митохондрии и фиолетовые белковые включения, в ядре — красное ядрышко и синие глыбки хроматина; 2 — хроматофор аксолотля, заполненный гранулами пигмента; 3 — эритроциты лягушки; 4 — клетка Пуркине мозжечка крысы; 5 — клетка водоросли спирогиры. http: //dic. academic. ru/pictures/bse/jpg/0276943829. jpg

Разнообразие животных и растительных клеток: 1 — клетки почки лягушки; 2 — чувствительная клетка спинномозгового ганглия человека; 3 — мегакариоцит из костного мозга человека; 4 — жировая клетка из подкожной клетчатки крысы; 5 — клетки поджелудочной железы человека; 6 — нейтрофильный лейкоцит человека; 7 — гладкая мышечная клетка кишечника человека; 8 — тучные клетки в рыхлой соединительной ткани крысы; 9 — эритроциты человека; 10 — эритроциты верблюда; 11 — малая и большая пирамидальные клетки коры головного мозга человека; 12 — эритроциты курицы; 13 — клетка волоска тычиночной нити традесканции; 14 — клетки листа элодеи; 15 — клетка плода ландыша; 16 — эритроциты свиньи.

Н 2 О – вода: 65 -70% массы тела человека, «универсальный растворитель» Минеральные соли: при растворении в воде образуют ионы (переносчики зарядов в биоэлектрических процессах): Na. Cl Na+ + Cl Na+ и Са 2+ - активирующее действие К + - успокаивающее действие Cl - участвует в торможении нервных клеток 23

УГЛЕВОДЫ: Моносахариды: глюкоза (С 6 Н 12 О 6) (энергетическая функция; 0. 1% в плазме крови) фруктоза рибоза Полисахариды: крахмал целлюлоза гликоген мономер – глюкоза (запасающая функция) 24 гликоген: несколько тысяч молекул глюкозы

Липиды: глицерин + три остатка «угле водородных хвоста» жирных кислот Глицерин: СН 2 ОН Жирная кислота: СООН СН 2 … СН 2 СН 3 25

Фосфолипиды: глицерин + два углеводо родных хвоста + фосфорная к та В водном растворе липиды и фосфолипиды образуют капли и двуслойные пленки. Такие пленки – основа всех биологических мембран (строительная функция + энерге тическая и запасающая). 26

Белки: Полимеризация а/к с образова состоят из мономеровза счет нием белка происходит – связывания СООН группы аминокислот (а/к). предыдущейимеет: 2 группой Каждая а/к с NH следующей а/к. аминогруппу ( NH 2), кислотную группу ( COOH), Итоговая цепь а/к – первичная структура(R). радикал белка. Радикалы не принимают участия в ее форми Всего в состав белков входят 20 типов а/к; они различаются ровании. Средняя длина белко вой только химической структурой R. молекулы – 300 700 а/к. У каждого белка – своя, уникаль ная первичная структура. R 1 1 ая а/к R NH 2 CH COOH R 2 2 я а/к R 3 3 я а/к R 4 и т. д. 27

R 1 1 ая а/к R 2 2 я а/к R 3 3 я а/к R 4 и т. д. Следующий этап: образование вторичной структуры белка. Она формируется за счет присутствия на аминогруппах довольно большого положительного заряда, на кислотных группах – отрицательного заряда. Взаимное притяжение таких (+) и (–) ведет к укладке белковой цепи в спи раль (на каждом витке примерно 3 а/к; радикалы в этом вновь не участвуют). 28

Третичная структура белка – белковый клубок, формируется за счет взаимодействия радикалов (и, следовательно, зависит от первичной структуры). Взаимодействие радикалов может происходить благодаря: образованию ковалентной хи мической связи притяжению неравномерно заряженных областей контакту углеводородных участ ков (как в случае «хвостов» липидных молекул) и др. 29

лиганд Третичная структура (белковый клубок), как правило, имеет ямку ( «активный центр» ). Здесь происходит захват молекулы мишени ( «лиганда» ) по принципу «ключ замок» . После этого белок способен выполнить с лигандом те или иные операции. Тип операции с лигандом = тип белка. белки-ферменты транспортные белки (белки крови, каналы, насосы) белки-рецепторы двигательные белки защитные (антитела) строительные и др. 30

Белок фермент, управляющий распадом вещества лиганда (пример: пищеварит. ферменты) 2 1 1 3 2 2 Транспортный белок (например, перенос кислорода гемоглобином) 1 3 Белок фермент, управляющий синтезом нового вещества из двух лигандов 31

3 Постоянно открытый белок-канал: похож на цилиндр с отверстием; встроен в мембрану клетки; через него может идти диффузия (как правило, строго определенных мелких частиц – молекул Н 2 О, ионов К+, Na+ и др. ). Диффузия – движение частиц среды из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией; чем больше разность концентраций, тем интенсивнее диффузия. 32

канал закрыт канал открыт Белок-канал со створкой: также встроен в мембрану клетки; его отверстие перекрыто петлей створкой, ( «канал закрыт» ). Створка при определенных условиях может открываться, «разрешая» диффузию (условия открытия: появление определенных химических веществ, электрические воздействия и др. ) 33

Белок-насос: 1. «Чаша» белка встроена в мемб рану клетки и открыта, напри мер, в сторону внешней среды; происходит при соединение лиганда. 2. Изменение простран ственной конфигурации белка насоса (как пра вило, требует затрат энергии АТФ; перенос лиганда не зависит от разности концентраций). 3. Белок насос открывается в сторону цитоплаз мы, высвобождая лиганд; затем – возвращение белка насоса в исходную конфигурацию. 34

инсулин глюкоза Пример: действие гормонов и медиаторов. Так, инсулин, выде ляемый поджелу дочной железой, активирует работу насосов, транспор тирующих внутрь клетки глюкозу. Белки-рецепторы: Встроены в мембрану клетки и выполняют информационную функцию. Лиганд в этом случае – сигнал об определенном событии во внешней (межклеточной) среде. После присоединения лиганда рецептор запускает реакцию клетки, влияя на ферменты, насосы, ионные каналы и т. п. 35

Другие типы белков: защитные белки (белки антитела; захватывают лиганды антигены – вредные чужеродные вещества) антиген анти тело двигательные белки (актин и миозин; за счет их взаимодействия происходит сокращение мышечных клеток) строительные белки (коллаген – белок межклеточного вещества соединительной ткани; кератин – волосы и ногти) запасающие белки (казеины молока, глютены пшеницы и др. ) сеть молекул коллагена 36

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). ДНК – несет генетическую информацию и передает ее потомству. Передача потомству = репликация ДНК (размножение на молекулярном уровне). Генетическая информация = информация о первичной структуре белков. Каждая молекула ДНК содержит большое число генов Ген белка Х Ген – фрагмент молекулы ДНК, несущий информацию о структуре определенного белка. Всего ДНК человека (23 молекулы) содер-жит около 30 тыс. генов. Каждая молекула ДНК (хромосома) в обычных клетках присутствует в двух экземплярах: отцовском и материнском. РНК выполняет вспомогательную функцию, обеспечивая превращение генетической информации в конкретные белки (и-РНК – связующее звено между ДНК и рибосомами). Ген белка У Ген белка Z 37

• властивості життя • обмін речовин та енергії • здатність протистояти наростанню ентропії • подразливість • самооновлення • саморегуляція • самовідтворення • спадковість і мінливість • ріст та розвиток • дискретність і цілісність

• До складу живих організмів на атомному рівні входять ті самі хімічні елементи, що й до неживої матерії. Однак на молекулярному рівні виникають відмінності, що відмежовують живе від неживого. Живі організми мають властиві лише їм системи хімічних зв'язків і взаємодій між молекулами: ковалентні, іонні, водневі зв'язки, гідрофобні взаємодії. Молекули живих організмів здатні утворювати полімерні комплекси. Здатність утворювати ці комплекси, їх наступні пере творення, а також зруйнування, забезпечує найважли вішувластивість живої системи обмін речовин, зміст якого складають синхронізовані процеси асимі ляції (процеси синтезу, анаболізм) і дисиміляції (про цеси розпаду, катаболізм). Під час асиміляції ство рюютьсяабо оновлюються різні морфологічні струк тури, процес відбувається з поглинанням енергії й на зивається пластичним обміном.

• Під час дисиміляції відбувається розщеплення складних хімічних сполук до відносно простих, що супроводжується виділенням енергії. Цей процес називають енергетичним об міном. Пластичний та енергетичний обміни тісно по в'язані, складають єдиний метаболічний цикл, який відбувається у клітині. Отримані ззовні речовини в процесі пластичного обміну організми перетворюють у власні, які замі нюють старі елементи й одночасно видаляють у зовнішнє середовище сполуки, які утворилися в про цесі дисиміляції, а також речовини, не використані організмом. Тому живий організм є відкритою сис темою відбувається неперервна взаємодія з довкіл лям, під час якої здійснюється обмін із середовищем енергією, матерією (речовиною) та інформацією. • •

Ганс Кребс (Н. Кгеbs) (1900 -1981) открыл цикл трикарбонових кислот.

Нервная сеть Тело (сома) Дендрит Аксонный холмик Терминали (телодендрии) Синапс Нейромедиатор (нейротрансмиттер) Мотонейрон

Окраска нейронов по Гольджи

Рамон и Кахал и его труд «Гистология нервной системы человека и позвоночных животных» (1904)

Основные положения нейронной теории 1. Нейрон – основная анатомическая единица нервной ткани (НТ). 2. Нейрон – гистогенетическая единица НТ. Каждый тип нейронов развивается в онтогенезе из строго определенной группы клеток в определенное время. После окончания дифференцировки нейроны не делятся. 3. Нейрон – функциональная единица НТ. Н. работает как одно целое. Нейроны образуют систему функциональных связей с др. нейронами с помощью синапсов. С этим положением связан принцип функциональной полярности нейронов. 4. Нейроны уникальны в химическом отношении.

Принцип Дейла: каждый нейрон синтезирует и выделяет из всех своих синапсов определенный медиатор или набор медиаторов. Хемоархитектоника мозга. 5. Нейрон – трофическая единица НТ. Нейроны нуждаются в постоянном обновлении компонентов цитоплазмы и мембран. Чрезвычайно высокий уровень обмена веществ. 6. Нейрон – патолого гистологическая единица нервной ткани. Индивидуальная реакция отдельных нейронов на различные воздействия (травмы, интоксикации и т. п. ). Единство патологических реакций нейрона на повреждение реакция идет по всей клетке, пусть даже повреждена только какая либо часть клетки.

Основные положения нейронной теории 1. Нейрон – основная анатомическая единица нервной ткани (НТ). 2. Нейрон – гистогенетическая единица НТ. Каждый тип нейронов развивается в онтогенезе из строго определенной группы клеток в определенное время. После окончания дифференцировки нейроны не делятся. 3. Нейрон – функциональная единица НТ. Н. работает как одно целое. Нейроны образуют систему функциональных связей с др. нейронами с помощью синапсов. С этим положением связан принцип функциональной полярности нейронов. 4. Нейроны уникальны в химическом отношении. Принцип Дейла: каждый нейрон синтезирует и выделяет из всех своих синапсов определенный медиатор или набор медиаторов. Хемоархитектоника мозга. 5. Нейрон – трофическая единица НТ. Нейроны нуждаются в постоянном обновлении компонентов цитоплазмы и мембран. Чрезвычайно высокий уровень обмена веществ. 6. Нейрон – патолого-гистологическая единица нервной ткани. Индивидуальная реакция отдельных нейронов на различные воздействия (травмы, интоксикации и т. п. ). Единство патологических реакций нейрона - на повреждение реакция идет по всей клетке, пусть даже повреждена только какая-либо часть клетки.

Франц Ниссль (1860 1919) Метод окраски анилиновыми красителями (метиленовая синь) Современные модификации метода Ниссля выявляют рибонуклеопротеиды нейронов

Мотонейроны вентрального рога. Окраска по Нисслю

Строение нейрона 1 – ядро, 2 – ядрышко, 3 – дендрит, 4 – тигроид, 5 – пресинапс, 6 – ножка астроцита, 7 – АГ, 8 – м. х. , 9 – нейрофибриллы, 10 – аксон, 11 – миелино вая оболочка, 12 – пере хват Ранвье, 13 – ядро шванновской клетки, 14 – синапс, 15 – мышечное волокно

Особенности микроструктуры нейрона Ядро – всегда в интерфазе Субстанция Ниссля (тигроид) Митохондрии – большое количество, способны к перемещению внутри клетки АГ + лизосомы – хорошо выражены Хорошо развитая сеть микротрубочек (диаметр 20 -26 нм), нейрофиламентов (8 -10 нм) и микрофиламентов (6 -8 нм); специфические для нейрона белки

пресинапс Аксонный холмик аксон дендрит тигроид миелин

Аксонный транспорт Антероградный (от сомы нейрона) и ретроградный (к соме) Компоненты: ∙ быстрый (100 -1000 мм/сутки), ∙ медленный (0, 2 -1 мм/сутки), ∙ промежуточный (2 -50 мм/сутки)

Типичный нейрон 7 1 – сома 2 – ядро 3 – аксон 4 – аксоплазма 5 – миелиновая оболочка 6 – перехват Ранвье 7 – дендрит 8 – терминали (телодендрии)

У типичного нейрона 1. Аксон один, а дендритов несколько. 2. Дендрит короче аксона. Длина дендрита обычно не более 700 мкм, а аксон может достигать длины 1 м. 3. Дендрит плавно отходит от тела нейрона и постепенно истончается. Аксон, отходя от тела клетки, практически не меняет диаметр на всем своем протяжении. Диаметр различных аксонов колеблется от 0, 3 до 16 мкм. 4. Дендриты ветвятся на всем своем протяжении под острым углом, дихотомически (вильчато), ветвление начинается от тела клетки. Аксон обычно ветвится только на конце, образуя контакты (синапсы) с другими клетками. 5. Дендриты (по крайней мере, в ЦНС) не имеют миелиновой оболочки, аксоны часто окружены миелиновой оболочкой. 6. Проксимальные части Д. содержат нисслевскую зернистость. А. не имеют тигроида.

Шипики на дендрите

Многочисленные булавовидные шипики на ветви дендрита клетки Пуркинье в коре мозжечка мыши

По строению оболочек нервные волокна делятся на Безмиелиновые (безмякотные) Миелиновые (мякотные) Скорость проведения нервного импульса 0, 3 -10 м/с 80 -120 м/с По толщине нервные волокна делят на Группа А – ≈3 16 мкм (большинство волокон ЦНС) Группа В – ≈1, 2 3 мкм (преганглионарные волокна ВНС) Группа С – ≈0, 3 1, 3 мкм (безмиелиновые волокна)

Образование миелиновой оболочки (неврилемма)

1 -4 - последовательные этапы образования миелиновой оболочки 5 – безмиелиновые волокна

Образование миелиновой оболочки

а – миелиновое волокно, б – безмиелиновое волокно кабельного типа