Михайлова Л. И. учитель биологии МОУ «СОШ № 10» г. Саратов
ЗАДАЧИ УРОКА Ознакомиться с основными положениями клеточной теории, расширить представления об учёных, положившим начало цитологии Рассмотреть общий состав клетки Иметь представление об оболочке, ядре, цитоплазме и органоидах клетки, знать функции каждой составляющей клетки Рассмотреть химический состав клетки Продолжить формирование умений проводить наблюдения, работать с микроскопом, делать выводы по изученному материалу
• Клетка — это элементарная живая система, состоящая из основных частей — • наружной клеточной мембраны, • ядра цитоплазмы, Клетка способна к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию
Вклад ученых России в цитологию • Петр 1 в 1725 г. создал мастерскую оптических приборов • И. Кулибин и Беляевы изготовили микроскопы при участии академиков Л. Эйрера и Ф. Эпинуса • П. Горянинов в 1834 г. высказал мнение об общем плане строения растений и животных
Существование • Как самостоятельные организмы, • В составе многоклеточных организмов (тканевые клетки). •
Клетка— предмет изучения особого раздела биологии — цитологии Систематическое изучение клеток началось лишь в 19 в. Одним из крупнейших научных обобщений того времени была клеточная теория.
Основные положения клеточной теории • Клетка – элементарная живая система, основная структурная единица растительных и животных организмов, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению • Клетки всех организмов сходны по своему строению, функциям и химическому составу • Ядро – главная составная часть клетки • Клеткам присуще мембранное строение • Все новые клетки образуются при делении исходных клеток
• Разнообразие клеток животных и растений
Плазматическая мембрана: строение • Клеточная мембрана – ультрамикроскопическая плёнка, состоящая из двух мономолекулярных слоев белка и расположенного между ними бимолекулярного слоя липидов.
Оболочка животных клеток • Толщина мембраны – примерно 7, 5 нм. • Снаружи находится гликокаликс • Углеводный компонент мембран обычно представлен олигосахаридными или полисахаридными цепями, связанными с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды). • Молекулы белков и липидов подвижны, способны перемещаться, главным образом, в плоскости мембраны.
Мембрана растительной клетки • Растительная клетка окружена цитоплазматической мембраной, поверх которой располагается толстая клеточная стенка, отсутствующая у животных клеток. • Основным компонентом клеточной стенки является целлюлоза (клетчатка) • Молекулы целлюлозы собраны в пучки — фибриллы, образующие каркас клеточной стенки.
Плазматическая мембрана: функции • • Защитная Ограничивающая Транспортная: эндоцитоз и экзоцитоз Электрогенная (разность потенциалов на внешней и внутренней стороне) • Антигенная (белки распознают свои и чужие образования) • Слипания: клетки ткани соединены цитоплазматическими выростами по типу «ключ – замок»
Транспортная функция мембраны • Она обеспечивает обмен веществ между клеткой и внешней средой. Мембраны обладают свойством избирательной проницаемости, то есть хорошо проницаемы для одних вещества или молекул и плохо проницаемы (или совсем непроницаемы) для других. • В зависимости от необходимости использования энергии для осуществления транспорта веществ, различают: пассивный транспорт — транспорт веществ, идущий без затрат энергии; активный транспорт — транспорт, идущий с затратами энергии.
Транспорт веществ через мембрану Виды транспорта Пассивный транспорт Перемещение веществ, идущее без затрат энергии Активный транспорт Перемещение веществ, идущее с затратами энергии
Функции оболочки Простая диффузия — транспорт веществ через липидный бислой ( газы, неполярные или малые незаряженные полярные молекулы). Чем меньше молекула и чем более она жирорастворима, тем быстрее она проникает через мембрану. Вода относительно нерастворима в жирах, но очень быстро проникает через липидный бислой. Это объясняется тем, что ее молекула мала и электрически нейтральна. Существуют и аквапорины – белки, обеспечивающие быстрое прохождение воды через мембрану. Диффузию воды через мембраны называют осмосом.
Транспорт веществ через мембрану Активный транспорт возникает тогда, когда требуется обеспечить перенос через мембрану молекул против электрохимического градиента. Этот транспорт осуществляется белкамипереносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ. Одной из наиболее изученных систем активного транспорта является натрий-калиевый насос. Концентрация K+ внутри клетки значительно выше, чем за ее пределами, а Na+ — наоборот. Поэтому К+ через калиевые каналы мембраны пассивно диффундирует из клетки, а Na+ через натриевые каналы — в клетку.
Транспорт веществ через мембрану Виды активного транспорта Натрийкалиевый насос Экзоцитоз Эндоцитоз Фагоцитоз Пиноцитоз
ЦИТОПЛАЗМА • • • Цитоплазма – это полужидкая среда клетки, в которой располагаются органоиды клетки. Цитоплазма состоит из воды и белков. Цитоплазма способна двигаться со скоростью до 7 см/час Циклоз – это движение цитоплазмы внутри клетки КРУГОВОЙ ЦИКЛОЗ СЕТЧАТЫЙ ЦИКЛОЗ Органоиды – это постоянные клеточные структуры, каждая из которых выполняет свои функции Эндоплазматическая сеть Митохондрии Цитоплазматический матрикс Аппарат Гольджи Рибосомы Пластиды Клеточный центр Лизосомы
Цитоплазматический матрикс • Это основная и наиболее важная часть клетки, её истинная внутренняя среда. • Компоненты цитоплазматического матрикса осуществляют процессы биосинтеза в клетке и содержат ферменты, необходимые для продуцирования энергии.
Цитоплазматический матрикс: функции • 1. Обеспечивает изменение вязкости цитоплазмы, которая возникает под действием внешних и внутренних факторов. • 2. Ответственен за циклоз и деление клетки. • 3. Определяет полярность расположения внутриклеточных компонентов. • 4. Обеспечивает механические свойства клеток, такие как эластичность, способность к слиянию.
Химический состав цитоплазмы: • • вода (60 -90%); белки (10 -20%); жиры и жироподобные вещества (2 -3%); другие различные органические и неорганические соединения (до 1, 5%).
Органоиды Одномембранные • ЭПР • Комплекс Гольджи • Лизосомы • Вакуоли • Реснички и жгутики эукариот Двумембранные • Митохондрии • Пластиды • Ядро Немембранные • Рибосомы • Клеточный центр • Цитоскелет • Миофибриллы
Одномембранные органеллы • Эндоплазматическая сеть • Аппарат Гольджи • Лизосомы
Двумембранные органеллы • Митохондрии • Пластиды
Немембранные органеллы • Клеточный центр • Рибосомы • Включения • Органеллы движения
Лизосомы: строение и функции Самые мелкие одномембранные органоиды клетки, представляющие собой пузырьки диаметром 0, 2 -0, 8 мкм, содержащие около 40 гидролитических ферментов (протеазы, липазы, нуклеазы, фосфатазы), активных в слабокислой среде. Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом, отсюда и название органоида. лизосомы первичные вторичные остаточные Мелкие пузырьки Фаголизосомы-пищеварительные телолизосомы
ЛИЗОСОМЫ • МЕМБРАНА ФЕРМЕНТЫ Лизосомы - микроскопические одномембранные органеллы округлой формы Их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния. • Лизосома - это пищеварительная вакуоль, внутри которой находятся растворяющие ферменты. В случае голодания клетки перевариваются некоторые органоиды. В случае разрушения мембраны лизосомы, клетка переваривает сама себя. ФУНКЦИИ ь Защитная. ь Гетерофагическая: участие в обработке чужеродных веществ, поступающих в клетку при пиноцитозе и фагоцитозе. ь Участие во внутриклеточном переваривании. ь Эндогенное питание: в условиях голодания лизосомы способны переваривать часть цитоплазматических структур.
Одномембранные органоиды. Вакуоли Вакуоль растительной клетки, окруженная мембраной – тонопластом. Вакуоль обеспечивает накопление органических и неорганических веществ, обеспечивает тургор клетки. Есть ли вакуоли в животных клетках? Да. Выполняют пищеварительную и выделительную функции
Одномембранные органоиды. Жгутики и реснички эукариот На поперечных срезах видно, что в середине жгутика находтся две трубочки, на периферии 9 пар трубочек из белка тубулина. Данная структура называется аксонема и снаружи покрыта мембраной. Центральные трубочки соединены с периферическими радиальными перекладинами. В основании реснички или жгутика – базальное тельце. Каждое базальное тельце состоит из девяти троек микротрубочек, в его центре микротрубочек нет.
Функции органоидов движение • Перемещение клеток • Формирование потоков жидкости 4 поверхности клеток
Эндоплазматическая сеть: строение и функции • Система мембран, формирующих цистерны и каналы, соединенных друг с другом и отграничивающих единое внутреннее пространство. Мембраны с одной стороны связаны с наружной цитоплазматической мембраной, с другой — с наружной оболочкой ядерной мембраны. • В среднем ЭПС составляет от 30 до 50 % всего объема клетки. Функции ЭС Ш Синтез белков, жиров и углеводов Ш Накопление белков, жиров и углеводов Ш Усиление связи между органоидами Ш Разделение клетки на сектора, где происходят обособоленные химические реакции
Функции ЭПС • Гладкая – синтез углеводов и липидов (производными являются лизосомы, вакуоли растений, мембраны ядра) • Гранулярная – на мембранах ЭПС расположены рибосомы – синтез белков и липидов (примером служат клетки печени и поджелудочной железы)
АППАРАТ ГОЛЬДЖИ • Комплекс Гольджи В клетках растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. • В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5 -10), а также крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей. Все эти элементы составляют единый комплекс. ФУНКЦИИ: • Накопление и транспорт веществ, химическая модернизация. • Образование лизосом. • Синтез липидов и углеводов на стенках мембран
Комплекс Гольджи • Органоид, расположенный около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи клеточного центра). • Представляет собой стопку уплощенных цистерн - диктиосому с расширенными краями, от которой отшнуровываются мелкие одномембранные пузырьки (пузырьки Гольджи). • Число стопок Гольджи (диктиосом) в клетке колеблется от одной до нескольких сотен.
Одномембранные органоиды. Комплекс Гольджи Важнейшая функция комплекса Гольджи – формирование лизосом.
РИБОСОМЫ Рибосомы • МАЛАЯ СУБЧАСТИЦА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР БОЛЬШАЯ СУБЧАСТИЦА ФУНКЦИЯ Синтез белка в функциональном центре РИБОСОМЫ – ультрамикроскопические органеллы округлой или грибовидной формы, состоящие из двух частей — субчастиц. Они не имеют мембранного строения и состоят из белка и РНК. Субчастицы образуются в ядрышке. Рибосомы - универсальные органеллы всех клеток животных и растений. Находятся в цитоплазме в свободном состоянии или на мембранах эндоплазматической сети; кроме того, содержатся в митохондриях и хлоропластах.
Полисома
Немембранные органоиды. Цитоскелет
Клеточный центр • Образован двумя центриолями и уплотненной цитоплазмой — центросферой. • Центриоль – цилиндр, стенка которого образована девятью группами из трех слившихся микротрубочек (9 триплетов), соединенных поперечными сшивками. • Центроиоль отвечает за образование цитоскелета и за расхождение хромосом при клеточном делении.
МИТОХОНДРИИ • Митохондрии - микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя — образует различной формы выросты — кристы. В матриксе митохондрии (полужидком веществе) находятся ферменты, рибосомы, ДНК, РНК. Число митохондрий в одной клетке от единиц до нескольких тысяч. Функции митохондрий n. Митохондрия - универсальная органелла, являющаяся дыхательным и энергетическим центром. n. В процессе кислородного (окислительного) этапа диссимиляции в матриксе с помощью ферментов происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез АТФ (на кристах).
Функции митохондрий • Митохондрии осуществляют синтез АТФ, происходящий в результате процессов окисления органических субстратов и фосфорилирования АДФ. Субстратами являются углеводы, аминокислоты, глицерин и жирные кислоты; • Кроме того в митохондриях происходит синтез многих митохондриальных белков.
Двумембранные органоиды. Митохондрии Увеличение числа митохондрий в клетке Увеличение числа митохондрий : - путем деления - в результате появления перегородок и отшнуровывания мелких фрагментов.
ПЛАСТИДЫ Пластиды n Пластиды - это энергетические станции растительной клетки. n Пластиды могут превращаться из одного вида в другой. Характеристика видов пластидов Вид Хлоропласты Хромопласты Лейкопласты Цвет Зелёный Жёлтый, оранжевый или красный Бесцветный Пегмент хлорофил Пегмент есть Пегмента нет Функция Создание органических веществ Придают окраску Место отложения питательных веществ
Двумембранные органоиды. Пластиды Между пластидами возможны взаимопревращения. Наиболее часто происходит превращение лейкопластов в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету), обратный процесс происходит в темноте. При пожелтении листьев и покраснении плодов хлоропласты превращаются в хромопласты. Считают невозможным только превращение хромопластов в лейкопласты или хлоропласты.
Двумембранные органоиды. Пластиды Строение. Хлоропласты высших растений имеют размеры 5 -10 мкм и по форме напоминают двояковыпуклую линзу. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет складчатую структуру. Внутренняя среда хлоропласта — строма — содержит ДНК и рибосомы прокариотического типа, благодаря чему хлоропласт способен к автономному синтезу части белков и делению, как и митохондрии, но очень редко. Основные структурные элементы хлоропласта — тилакоиды. Различают тилакоиды гран, имеющие вид уплощенных мешочков, уложенных в стопки — граны;
Двумембранные органоиды. Пластиды тилакоиды стромы (ламеллы), имеющие вид уплощенных канальцев и связывающие граны между собой. Тилакоиды гран связаны друг с другом таким образом, что их полости оказываются непрерывными. В каждом хлоропласте находится в среднем 40 -60 гран, расположенных в шахматном порядке. Этим обеспечивается максимальная освещенность каждой граны. Функции – фотосинтез: 6 СО 2 + 6 Н 2 О + Q = C 6 Н 12 О 6 + 6 О 2
Двумембранные органоиды. Пластиды тилакоиды стромы (ламеллы), имеющие вид уплощенных канальцев и связывающие граны между собой. Тилакоиды гран связаны друг с другом таким образом, что их полости оказываются непрерывными. В каждом хлоропласте находится в среднем 40 -60 гран, расположенных в шахматном порядке. Этим обеспечивается максимальная освещенность каждой граны. Функции – фотосинтез: 6 СО 2 + 6 Н 2 О + Q = C 6 Н 12 О 6 + 6 О 2
Клеточный центр • Клеточный центр состоит из двух центриолей (дочерняя, материнская). Каждая имеет цилиндрическую форму, стенки образованы девятью триплетами трубочек, а в середине находится однородное вещество. Центриоли расположены перпендикулярно друг к другу. ФУНКЦИЯ В начале деления ( в профазе) центроили расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей к центромерам хромосом отходят нити веретена деления. В анафазе эти нити притягивают хроматиды к полюсам. После Участие в делении клеток окончания деления центриоли остаются в животных и низших дочерних клетках, удваиваются и образуют растений клеточный центр.
Строение ядра Структура ядра Строение и состав структуры Функции Ядерная оболочк Наружная и внутренняя мембрана Обмен веществ между ядром и цитоплазмой Нуклеоплазм • а Жидкое вещество, в его составе – белки , ферменты, нуклеиновые кислоты Это внутренняя среда ядра – накопление веществ Ядрышко Содержит молекулы ДНК и белок Содержит хромосомы и белок Синтез рибосомной РНК Содержит наследственную информацию, хранящуюся в молекулах ДНК Хроматин
КЛЕТОЧНОЕ ЯДРО (продолжение) • Ядро Схема строения наследственной информации хроматин хромосома (см след. слайд) молекула ДНК ген (участок ДНК) ФУНКЦИИ ЯДРА Хранение наследственной информации Регуляция обмена веществ в клетке
Ядерная оболочка • Ядерная оболочка – состоит из двух мембран, внутренняя – гладкая, наружная в некоторых местах переходит в каналы ЭПС. Оболочка имеет поры
Кариоплазма
Ядрышко • Ядрышко не является самостоятельной структурой ядра. Оно образуется в результате концентрации в определенном участке кариоплазмы участков хромосом, несущих информацию о структуре р. РНК. Эти участки хромосом называют ядрышковыми организаторами.
Двумембранные органоиды. Ядро Хроматином называют глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка. Хроматин представляет собой молекулы ДНК, связанные с белками — гистонами. В зависимости от степени спирализации различают: эухроматин — деспирализованные (раскрученные) участки хроматина, имеющие вид тонких, неразличимых при световой микроскопии нитей, слабо окрашивающихся и генетически активных; гетерохроматин — спирализованные и уплотненные участки хроматина, имеющие вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивающихся и генетически не активных.
Двумембранные органоиды. Ядро В процессе деления клеток ДНК спирализуется и хроматиновые структуры образуют хромосомы. Хромосомами называются постоянные компоненты ядра клетки, органоиды ядра, имеющие особое строение, способные к самовоспроизведению.
Упаковка генетического материала Хромосомы ядра диплоидной клетки почти всегда парные. Каждая пара образована хромосомами, имеющими одинаковый размер, форму, положение первичной и вторичной перетяжек. Такие хромосомы называют гомологичными. У человека сколько пар? (23 пары гомологичных хромосом у женщины).
Упаковка генетического материала Если в ядрах клеток хромосомы образуют гомологичные пары, то такой набор хромосом называют диплоидным (двойным) и обозначают — 2 n. Диплоидный набор хромосом характерен для соматических клеток. В ядрах половых клеток каждая хромосома представлена в единственном числе. Такой набор хромосом называют гаплоидным (одинарным) и обозначают — n.
Хромосомы Хромосома состоит из двух хроматид. После деления ядра становится однохроматидной. К началу следующего деления у каждой хромосомы достраивается вторая хроматида. У хромосомы есть первичная перетяжка, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины.
Строение хромосомы • В зависимости от расположения перетяжки выделяют три основных вида хромосом: • 1) равноплечие — с плечами равной длины; • 2) неравноплечие — с плечами неравной длины; • 3) одноплечие (палочковидные) — с одним длинным и другим очень коротким, едва заметным плечом
Хромосомы ДНК состоит из участков — генов. Гены несут наследственную информацию и передают ее от предков к потомкам через половые клетки. В хромосомах синтезируются ДНК, РНК, что служит необходимым фактором передачи наследственной информации при делении клеток и построении молекул белка.
Методы исследования клетки Первым цитологическим методом была микроскопия живых клеток. • Метод дифференциального центрифугирования • Метод рентгеноструктурного анализа • Метод цистохимии • Метод гистохимии Современные варианты исследования позволяют изучать: • форму клеток • общее строение её структур • движение клетки • деление.
ФАГОЦИТОЗ И ПИНОЦИТОЗ Крупные молекулы белков и полисахаридов проникают в клетку путем фагоцитоза (от греч. фагос - пожирающий и китос - сосуд, клетка), а капли жидкости - путем пиноцитоза (от греч. пино - пью и китос). ФАГОЦИТОЗ ПИНОЦИТОЗ Это универсальный способ питания ( и для животных, и для растительных клеток), при котором в клетку попадают питательные вещества в растворённом виде Это способ питания животных клеток, при котором в клетку попадают питательные вещества Сравнительная характеристика фагоцитоза и пиноцитоза Линии сравнения Фагоцитоз Пиноцитоз Что поглощается Твердые частицы Жидкость Результат Частички погружаются внутрь клетки Органические вещества погружаются внутрь клетки Для каких клеток характерен Клетки простейших, животных и человека Клетки всех животных и растений
тест • Какие особенности живой клетки зависят от функционирования биологических мембран: -а) избирательная проницаемость -б) ионный обмен -в) поглощение и удержание воды -г) изоляция от окружающей среды и связь с ней
Тест • Какая органелла связывает клетку в единое целое, осуществляет транспорт веществ, участвует в синтезе жиров, белков, сложных углеводов: • -а) ЭПС • -б) комплекс Гольджи • -в) наружная клеточная мембрана
Тест • • Какое строение имеют рибосомы: -а) одна мембрана -б) две мембраны -в) мембраны нет
Тест • Как называются внутренние структуры митохондрий: • -а) граны • -б) матрикс • -в) кристы
Тест • Для каких организмов характерно ядро: • -а) для эукариот • -б) для прокариот
Повторение. Дайте ответы на вопросы: • • • Что обозначено цифрами 1 — 6? Каковы основные функции митохондрий? Как образуются новые митохондрии? Какова масса митохондриальных рибосом? Что известно о наследственном аппарате митохондрий? • Каковы размеры митохондрий? • Как появились митохондрии?
Дайте ответы на вопросы: • • • Что обозначено цифрами 1 — 7? Каковы основные функции хлоропластов? Как образуются новые пластиды? Какова масса пластидных рибосом? Что известно о наследственном аппарате хлоропластов? • Каковы появились хлоропласты? • Как происходят взаимопревращения пластид?
Продолжите предложения: • Для оболочки ядра характерны следующие особенности (_). • Двумембранный органоид, имеет поры. Наружная мембрана переходит в ЭПР. • Хроматин – это (_). • Раскрученные, деспирализованные хромосомы. • Эухроматин и гетерохроматин – отличаются тем, что (_). • Эухроматин – экспресируемые гены, светлые участки, гетерохроматин – неработающие гены, темные участки. • Ядрышки образованы в области (_) и отвечают за (_). • Ядрышковых организаторов хромосом; синтез субъединиц рибосом. • Гомологичные хромосомы – (_). • Парные, одинаковые хромосомы, несущие одинаковые гены.
Выполните тест • • • • • **Тест 1. К одномембранным органоидам клетки относятся: Рибосомы. 6. Лизосомы. Комплекс Гольджи. 7. ЭПС. Митохондрии. 8. Миофибриллы из актина и миозина. Хлоропласты. 9. Реснички и жгутики эукариот. Цитоскелет. 10. Клеточный центр. **Тест 2. К двумембранным органоидам клетки относятся: Рибосомы. 6. Лизосомы. Комплекс Гольджи. 7. ЭПС. Митохондрии. 8. Ядро. Хлоропласты. 9. Реснички и жгутики эукариот. Цитоскелет. 10. Клеточный центр. **Тест 3. К немембранным органоидам клетки относятся: Рибосомы. 6. Лизосомы. Комплекс Гольджи. 7. ЭПС. Митохондрии. 8. Миофибриллы из актина и миозина. Хлоропласты. 9. Реснички и жгутики эукариот. Цитоскелет. 10. Клеточный центр.
Выполните тест • • • • Тест 4. За образование лизосом, накопление, модификацию и вывод веществ из клетки отвечает: ЭПС. Комплекс Гольджи. Клеточный центр. Митохондрии. Тест 5. Биосинтез белков в цитоплазме клетки осуществляют: Митохондрии. Хлоропласты. Комплекс Гольджи. Рибосомы. Тест 6. "Органоиды дыхания", обеспечивающие клетку энергией: Митохондрии. Хлоропласты. Комплекс Гольджи. Рибосомы.
Выполните тест • • • • Тест 7. Расщепляют сложные органические молекулы до мономеров, даже собственные органоиды и пищевые частицы, попавшие в клетку путем фагоцитоза: Лизосомы. Рибосомы. ЭПС. Комплекс Гольджи. Тест 8. В клетках высших растений отсутствуют: Митохондрии. Хлоропласты. Комплекс Гольджи. Центриоли. Тест 9. За образование цитоскелета отвечает: Комплекс Гольджи. Клеточный центр. ЭПС. Миофибриллы.
