Основы цитологии. Клетка. Строение и жизненный цикл клетки

1. Основы цитологии. Клетка. Строение и жизненный цикл клетки

2. Клетка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов, обладающая собственным обменом веществ,

способная к самостоятельному существованию,
самовоспроизведению и развитию. Раздел биологии, занимающийся
изучением клеток, получил название цитологии (cytos – клетка, logos наука.
• Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук
• Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839
году немецкими учёными, зоологом Т. Шванном и ботаником М.
Шлейденом, и включала в себя три положения. В 1858 году Рудольф
Вирхов дополнил её.

3. Клеточная теория

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Клетка — элементарная единица строения, функционирования,
размножения и развития всех живых организмов, вне клетки нет
жизни.
Клетка — целостная система, содержащая большое количество
связанных друг с другом элементов — органелл.
Клетки различных организмов похожи (гомологичны) по строению и
основным свойствам и имеют общее происхождение.
Увеличение количества клеток происходит путём их деления,
после репликации их ДНК: клетка — от клетки.
Многоклеточный организм — это новая система, сложный ансамбль
из большого количества клеток, объединенных и интегрированных в
системы тканей и органов, связанных между собой с помощью
химических факторов гуморальных и нервных.
Клетки многоклеточных организмов тотипотентны — любая клетка
многоклеточного организма обладает одинаковым полным фондом
генетического материала этого организма, всеми возможными
потенциями для проявления этого материала, — но отличаются по
уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что приводит к их
морфологическому и функциональному разнообразию —
дифференцировке[.

4.

5.

6. Деление эукариотических клеток

Амито́з — прямое деление клетки, происходит в соматических
клетках эукариот реже, чем митоз. В большинстве случаев амитоз
наблюдается в клетках со сниженной митотической активностью: это
стареющие или патологически измененные клетки, часто обреченные на
гибель (клетки зародышевых оболочек млекопитающих, опухолевые клетки и
другие). При амитозе морфологически
сохраняется интерфазное состояние ядра, хорошо видны ядрышко и ядерная
оболочка.Репликация ДНК отсутствует. Спирализация хроматина не
происходит, хромосомы не выявляются. Клетка сохраняет свойственную ей
функциональную активность, которая почти полностью исчезает при митозе.
Таково, например, делениемакронуклеусов многих инфузорий, где без
образования веретена происходит сегрегация коротких фрагментов
хромосом. При амитозе делится только ядро, причём без
образования веретена деления, поэтому наследственный материал
распределяется случайным образом. Отсутствие цитокинеза приводит к
образованию двуядерных клеток, которые в дальнейшем не способны
вступать в нормальный митотический цикл. При повторных амитозах могут
образовываться многоядерные клетки.

7.

Мито́з (от греч. μιτος — нить) — непрямое деление клетки, наиболее распространённый
способ репродукцииэукариотических клеток, один из фундаментальных процессов онтогенеза.
Митотическое деление обеспечивает ростмногоклеточных эукариот за счёт увеличения
популяции тканевых клеток. Биологическое значение митоза заключается в строго одинаковом
распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически
идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных
поколений[9]. Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также
происходит путём митотических делений[10]. На основании морфологических особенностей митоз
условно подразделяется на:
профазу, прометафазу, метафазу, анафазу, телофазу.
Продолжительность митоза в среднем составляет 1—2 часа[9][11]. В клетках животных митоз, как
правило, длится 30—60 минут, а в растительных — 2—3 часа[12]. Клетки человека за 70 лет суммарно
претерпевают порядка 1014 клеточных делений

8.

Мейоз (от греч. meiosis — уменьшение) или редукционное деление клетки — деление
ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа
(редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать сгаметогенезом —
образованием специализированных половых клеток или гамет из
недифференцированных стволовых. Уменьшение числа хромосом в результате мейоза
в жизненном цикле ведёт к переходу от диплоидной фазы к гаплоидной.
Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в
результате полового процесса. В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа
происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание
мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных
и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п.
клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I,
расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность
клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма. Этот же механизм
лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Определённые ограничения на конъюгацию
хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии
или транслокации).

9. Клеточный цикл

Интерфаза» - во время которого идет
синтез ДНК и белков и
осуществляется подготовка к
делению клетки.
• Интерфаза состоит из нескольких
периодов:
• G1-фазы (от англ. gap —
промежуток), или фазы начального
роста, во время которой идет
синтез мРНК, белков, других
клеточных компонентов;
• S-фазы (от англ. synthesis —
синтез), во время которой
идет репликация ДНК клеточного
ядра, также происходит
удвоение центриолей (если они,
конечно, есть).
• G2-фазы, во время которой идет
подготовка к митозу.
• Период клеточного деления,
называемый «фаза М» (от слова
mitosis — митоз).
• Период клеточного деления (фаза
М) включает две стадии:
• кариокинез (деление клеточного
ядра);
• цитокинез (деление цитоплазмы).
• В свою очередь, митоз делится на
пять стадий:
• профазу,
• прометафазу,
• метафазу,
• анафазу,
• телофазу.

10.

11. Дифференцировка клеток многоклеточного организма

Многоклеточные организмы состоят из клеток, которые в той или иной степени отличаются по
строению и функциям, например у взрослого человека около 230 различных типов клеток. Все они
являются потомками одной клетки — зиготы (в случае полового размножения) — и приобретают
различия в результате процесса дифференцировки. Дифференцировка в подавляющем
большинстве случаев не сопровождается изменением наследственной информации клетки, а
обеспечивается лишь путём регуляции активности генов, специфический характер экспрессии
генов наследуется во время деления материнской клетки обычно
благодаря эпигенетическим механизмам. Однако есть исключения: например, при образовании
клеток специфической иммунной системы позвоночных происходит перестройка некоторых
генов, эритроциты млекопитающих полностью теряют всю наследственную информацию, а
половые клетки — её половину.
Подвергаясь дифференцировке, клетки теряют свои потенции, то есть способность давать начало
клеткам других типов. Из тотипотентных клеток, к которым относится, в частности зигота, может
образоваться целостный организм. Плюрипотентныеклетки (например, клетки бластоцисты)
имеют возможность дифференцироваться в любой тип клеток организма, но из них не могут
развиться внезародышевые ткани, а значит и новая особь. Клетки, которые способны дать начало
только ограниченному количеству других тканей, называются мультипотентными (стволовые
клетки взрослого человека), а те, которые могут воспроизводить только себе подобных —
унипотентными. Многие из окончательно дифференцированных клеток
(например нейроны, эритроциты) полностью теряют способность к делению и выходят
из клеточного цикла.
В некоторых случаях дифференцировка может быть обратной, противоположный ей процесс
называется дедифференцировкой. Он характерен для процессов регенерации. С некоторыми
оговорками к явлению дедифференцировки можно отнести опухолевую трансформацию клеток.

12. Апоптоз. Некроз.

Наиболее распространенным, однако не единственным, путём клеточного
самоуничтожения является апоптоз. Основными признаками апоптоза является
фрагментация ДНК, распад клетки на апоптические тельца — везикулы, окруженные
мембранами. На их поверхности расположены особые молекулы, которые побуждают
соседние клетки и макрофаги фагоцитовать их таким образом, что процесс не
сопровождаетсявоспалением.
Апоптоз является энергозависимым процессом и требует использования АТФ. Этот путь
клеточной смерти важен не только для развития организма, нормального функционирования
иммунной системы, но также и для защиты особи от поврежденных клеток, которые могут
стать на путь злокачественной трансформации, и от вирусных инфекций.
Физическое или химическое повреждение клеток, а также недостаток источников энергии и
кислорода, может привести к другой смерти — некротической.Некроз, в отличие от
апоптоза, — пассивный процесс, он часто сопровождается разрывом плазмалеммы и
утечкой цитоплазмы. Некроз почти всегда вызывает воспаление окружающих тканей. В
последнее время исследуется механизм запрограммированного некроза как возможной
противовирусной и противоопухолевой защиты.
При условии длительного недостатка АТФ в клетке она не сразу погибает путём некроза, а во
многих случаях становится на путь аутофагии — процесса, который позволяет ей ещё
некоторое время оставаться жизнеспособной. При аутофагии (буквально «самопоедание»)
обмен веществ переключается в сторону активного катаболизма, при этом отдельные
органеллы окружаются двойными мембранами, образуются так называемые аутофагосомы,
сливающиеся с лизосомами, где происходит переваривание органических веществ. Если
голодовка продолжается и после того, как большинство органелл уже «съедено», клетка
погибает путём некроза.