Структурно-функциональная организация клеток. Основные положения клеточной теории. Часть 1

1.

ТЕМА 1.3. СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОК
Часть 1

2.

Основные положения клеточной теории
1. Клетка является минимальной структурной и
функциональной единицей живого («вне клетки
жизни нет»).
Вирусы не имеют клеточного строения, однако все свойства живого
(такие как метаболизм, самовоспроизведение) они проявляют только
внутри живой клетки хозяина, которого инфицировали.
Все живые организмы состоят из клеток и образованного ими
внеклеточного вещества.
Многоклеточный организм — это система клеток и выделенного ими
межклеточного вещества, образовавшийся в результате деления 1
исходной клетки (оплодотворенной яйцеклетки — зиготы).

3.

Основные положения клеточной теории
2. Несмотря на значительные различия в размере и форме
клеток, все они имеют общий план строения.
Шванн и Шлейден считали, что у всех клеток есть оболочка, цитоплазма
и ядро.
Позднее открыли клетки без ядра (то есть без ядерной оболочки),
например клетки бактерий.
Общие принципы строения и жизнедеятельности клеток являются
общими для всех живых организмов.
Это одно из доказательств единства происхождения живой
природы и родства всего живого на Земле.

4.

3. Клетки не возникают заново из неклеточного
вещества, а образуются путем деления ранее
существующих клеток (дополнение Вирхова,
сделанное Рудольфом Вирховым в 1858 г.).
Луи Пастер (1822–1895 гг.) в своих опытах с
кипячением питательных сред в специальных
колбах с изогнутыми носиками, куда не попадали
микроорганизмы и их споры, доказал
невозможность самозарождения жизни из неживой
материи.

5.

Органоиды (органеллы) клетки - специализированные структуры
клетки, выполняющие различные жизненно необходимые функции.
Особенно сложно устроены клетки простейших, где одна клетка
составляет весь организм и выполняет функции дыхания, выделения,
пищеварения и многие другие.
Органоиды клетки подразделяются на:
• Немембранные - рибосомы, клеточный центр, микротрубочки,
органоиды движения (жгутики, реснички)
• Одномембранные - ЭПС, комплекс (аппарат) Гольджи, лизосомы и
вакуоли
• Двумембранные - пластиды, митохондрии
Ядро не включается в понятие «органоиды клетки», является структурой
клетки

6.

Органеллы
клеток

7.

Плазматическая мембрана – это клеточная структура,
отделяющая клетку от внешней среды и обеспечивающая
избирательный перенос веществ.
Клеточная мембрана
контролирует, какие
вещества могут входить и
выходить из клетки. Она
может пропускать
определенное вещество в
определенный момент
времени, а затем отторгать
это же вещество в более
позднее время.

8.

Строение плазматической мембраны

9.

Транспорт
макромолекул, их
комплексов и крупных
частиц внутрь клетки
происходит
посредством
эндоцитоза.
Выведение тех же
грузов из клетки
называется
экзоцитозом.
Эндоцитоз

10.

Виды эндоцитоза:
Фагоцитоз (от др.-греч. phagos [фáгос] —
«пожиратель») – это поглощение клеткой
твёрдых пищевых частиц.
Пиноцитоз (от др.-греч. pino [пино] —
«пью, впитываю») — поглощение клеткой
пузырьков жидкости.

11.

Экзоцитоз (экзо —
наружу) — процесс,
обратный эндоцитозу.
Благодаря ему клетка
выводит
внутриклеточные
продукты или
непереваренные
остатки, заключенные
в вакуоли или
пузырьки.
Экзоцитоз

12.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ
1. Обладает избирательной проницаемостью, которая
изменяется при различных состояниях клетки
2. Имеет каналы, через которые проникают ионы:
• потенциалзависимые каналы — открываются при
изменении разности потенциалов;
• потенциалнезависимые (лигандозависимые,
гормонрегулируемые) — открываются при взаимодействии
рецепторов с веществами.
Важнейшим свойством мембраны является избирательная
проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят
через нее с различной скоростью.

13.

Активный транспорт — процесс трансмембранного переноса
веществ против их градиента концентрации с затратами энергии.
Активный транспорт всегда происходит через «белковый насос», т.е. за
счёт белков-транспортёров и он зависит от:
1. источника метаболической энергии:
• первичные транспортеры требуют прямого использования АТФ
• вторичные транспортеры — белки, чьи транспортные функции
требуют одновременного перемещения иона (обычно ) по градиенту
концентрации, который поддерживается первичными транспортерами
(например, транспортные механизмы для глюкозы и аминокислот);
2. вещества транспортируются против их электрохимического градиента
3. происходит только в одном направлении через плазматическую
мембрану.

14.

Пассивный транспорт
Пассивный транспорт может происходить непосредственно
через фосфолипидный слой, через белки- переносчики или
через белковые каналы.
Движущая сила может обеспечиваться:
• разностью концентрации транспортируемого вещества
(диффузия) или осмотического давления (осмос) на разных
сторонах мембраны.
• транспорт воды обеспечивается разностью осмотического
давления с помощью белков-аквапоринов.
• разностью электрического потенциала на мембране (если
транспортируемое вещество несет заряд);

15.

16.

Оболочка или клеточная стенка
Клеточная стенка
В отличие от животных у
растений, бактерий и грибов,
почти все клетки имеют
стенку, лежащую кнаружи от
цитоплазматической мембраны
и обладающую повышенной
прочностью. Основная функция
данной структуры — опора и
защита.

17.

Функции клеточной стенки
• Оболочки разных клеток совместно обеспечивают
всему растению и его отдельным частям
механическую прочность и опору.
• Жесткость стенок препятствует растяжению клеток и
их разрыву. В результате по физическим законам в
клетки может путем осмоса поступать вода.
• Микрофибриллы целлюлозы ограничивают рост
клеток и определяют их форму. Если микрофибриллы
окольцовывают клетку, то она будет расти в длину
(поперек направления волокон).

18.

Цитоплазма (от др.греч. [китос] — «клетка»
и [плазма] —
«содержимое») — это
внутренняя среда клетки,
состоящая из полужидкого
содержимого — цитозоля,
или гиалоплазмы, в
котором расположены
органоиды и включения.
Гиалоплазма является средой для
всех клеточных процессов —
химических реакций и транспорта
веществ.

19.

Цитоскелет
Эукариотическую клетку
пронизывает система
структур, называемая
цитоскелетом. Он выполняет
функции опоры,
поддержания формы клетки,
движения (как всей клетки,
так и различных грузов
внутри нее, в том числе
пузырьков и органелл).
Цитоскелет эукариотической клетки
включает белковые волокна 3 типов:
• микротрубочки;
• актиновые нити (тонкие филаменты);
• промежуточные филаменты.

20.

Эндоплазматическая
сеть (ЭПС) – это
система окружённых
мембраной полостей и
канальцев,
сообщающаяся с
пространством между
двумя ядерными
мембранами.
В отсеках гладкой ЭПС осуществляется синтез жиров и углеводов, в
отсеках шероховатой — синтез белков. По канальцам ЭПС эти вещества
транспортируются в те части клетки, где есть в них потребность, или
накапливаются.

21.

Функции ЭПС:
• разделяет
цитоплазму на
отсеки;
• обеспечивает
синтез белков,
углеводов и
липидов;
• транспортирует
вещества внутри
клетки.

22.

Аппарат (комплекс) Гольджи представляет собой стопку
уплощённых, окружённых мембраной цистерн и связанных с ними
пузырьков.
Функции аппарата Гольджи:
1. накопление белков, липидов,
углеводов
2. модификация поступивших
органических веществ
3. «упаковка» в мембранные пузырьки
белков, липидов, углеводов
4. секреция белков, липидов,
углеводов
5. синтез углеводов и липидов
6. место образования лизосом.

23.

Лизосомы –
это мембранные
пузырьки, внутри
которых находятся
гидролитические
ферменты,
расщепляющие
белки, жиры,
полисахариды.
В лизосомах кислая
среда (рН 4,5–5,0),
что отличает их от
других органелл
клетки.
Функциями лизосом являются:
Внутриклеточное пищеварение и участие
в обмене веществ.

24.

Пероксисомы
Пероксисомы среди
одномембранных органелл стоят
особняком, т. к. способны
делиться самостоятельно, хотя
не содержат ДНК. В них
находятся ферменты,
катализирующие некоторые
окислительновосстановительные реакции, в
которых участвуют перекиси.
Они также играют важную роль в
обезвреживании многих
токсичных веществ.

25.

Вакуоль
В растительных клетках обязательно есть
одна или несколько крупных вакуолей.
Вакуоль (от лат. vacuus [ва́куус]
— «пустой») — это ограниченная
мембраной полость с клеточным
соком. Клеточный сок состоит из
воды и растворённых в ней
сахаров, минеральных солей,
кислот и пигментов. Клеточный
сок определяет вкус многих
плодов.
Функции вакуоли:
• накопление и
хранение запаса
воды и других
веществ,
• поддержание
клеток в
состоянии
упругости.

26.

Клеточный сок –
содержимое
вакуолей – водный
раствор
поглощенных
клеткой
неорганических
солей и простых
органических
веществ, в том
числе, продуктов
метаболизма клетки
.

27.

ТУРГОР (лат. turgere быть
набухшим) — обобщенное
представление,
характеризующее
способность клеток,
мягких тканей и органов
животных оказывать
сопротивление различным
механическим
воздействиям.

28.

29.

Типы клеток
Все клеточные организмы разделяются на
две группы:
• прокариоты, или доядерные, не
имеющие ядерной оболочки;
• эукариоты, или ядерные, у которых
генетический материал (ДНК) находится в
ядре и отделен от цитоплазмы ядерной
оболочкой.

30.

Строение
эукариотических
клеток растений
и животных

31.

32.

Строение прокариотической клетки

33.

(автотрофная)
Особенности
строения
гетеротрофной и
автотрофной
прокариотических
клеток.

34.

Сравнение
эукариот и
прокариот

35.

Полуавтономные
органоиды клетки
Часть 3

36.

К полуавтономным органоидам клетки
относят:
• митохондрии,
• пластиды: хлоропласты, хромопласты,
лейкопласты

37.

Митохондрии
Митохондрии есть во всех
эукариотических клетках.
Главная функция
митохондрии –
генерация энергии клетки
в виде молекул АТФ за
счёт реакции
окислительного
фосфорилирования –
клеточного дыхания.
Впервые митохондрии в
виде гранул в мышечных
клетках наблюдал в 1850 г.
Р. Кёлликер (швейцарский
эмбриолог и гистолог).
Позднее, в 1898 г.,
Л. Михаэлис (германский
биохимик и химик-органик)
показал, что они играют
важную роль в дыхании.

38.

Число митохондрий в клетках не постоянно, оно зависит
от вида организма и типа клетки. В клетках, потребность
которых в энергии велика, содержится много
митохондрий (Количество митохондрий в клетке зависит
от ее функции и размеров - например, в гепатоците
содержится примерно 800 митохондрий, в ооците
человека - около 100000 митохондрий, а в
сперматозоиде - всего несколько.)

39.

Чрезвычайно сильно варьируются также
размеры и формы митохондрий
Они могут быть
спиральными, округлыми,
вытянутыми и
разветвленными. Их
длина колеблется от 1,5
мкм до 10 мкм, а ширина
– от 0,25 до 1 мкм.

40.

Строение митохондрий

41.

• митохондрии – двумембранные органеллы,
осуществляющих клеточное дыхание.
• Наружная мембрана состоит из белков и липидов
и производит транспорт веществ.
• Внутренняя мембрана образует складки – кристы,
на которых происходит окисление водорода.
• Кристы окружает матрикс – гелеобразное
вещество, в котором протекает часть реакций
клеточного дыхания.
• В матриксе находятся митохондриальные ДНК и
РНК.

42.

Пластиды
Помимо митохондрий в клетках растений
присутствуют дополнительные полуавтономные
органеллы – пластиды.
• Пластиды характерны исключительно для
растительных клеток.
• Каждая пластида состоит из оболочки,
состоящей из двух мембран.

43.

В зависимости от функционального
назначения различают три вида пластид:
1. хлоропласты – наиболее важные органеллы, содержащие
зелёный пигмент (хлорофилл), придающий окраску
растениям, и осуществляющие фотосинтез;
2. лейкопласты – запасают питательные вещества,
например, крахмал, в виде зерён и гранул;
3. хромопласты – накапливают и хранят пигменты
(каротины) разных оттенков, придающих окраску цветкам,
плодам растений, и обеспечивают окраску осенних
листьев.

44.

Пластиды обычно классифицируют на основании
содержащихся в них пигментов.
Все типы
пластид
образуются из
пропластид, а
также могут
превращаться
друг в друга.

45.

1. Хлоропласты
• В них протекает фотосинтез.
• Содержат хлорофилл и
каротиноиды.
• Обычно имеют форму диска
диаметром 4-5 мкм.
• В одной клетке мезофилла
(середина листа) может
находиться 40-50
хлоропластов, а в
квадратном миллиметре
листа – около 500 000.

46.

Структура хлоропласта
• Тилакоиды образуют единую
систему.
• Тилакоиды собраны в стопки –
граны, напоминающие столбики
монет.
• Тилакоиды отдельных гран связаны
между собой ламеллами.
В хлоропластах находятся кольцевые
молекулы ДНК, РНК, рибосомы, белки,
липидные капли.
В них происходят первичные
отложения запасного вещества
(крахмала).

47.

Как известно,
фотосинтез делится
на две фазы:
световую и темновую.
Световая фаза
происходит на
тилакоидах
мембраны, а
темновая – в строме
хлоропласта.

48.

2. Лейкопласты
Это
непигментированные
пластиды.
Накапливают крахмал
На свету лейкопласты
могут превращаться в
хлоропласты.

49.

3. Хромопласты
• Это пигментированные
пластиды (бывают
жёлтые, красные или
оранжевые).
• Они не содержат
хлорофилл, но содержат
каротиноиды.
• Каротиноиды – это
пигменты оранжевых,
жёлтых и красных
оттенков.

50.

Хромопласты могут
образовываться из
хлоропластов, которые
при этом теряют
хлорофилл и
внутренние
мембранные
структуры и начинают
синтезировать
каротиноиды. Такое
происходит при
созревании плодов.

51.

• Ядро необходимо для
жизнедеятельности
клетки!
• Оно регулирует её
активность, т.к. в ядре
содержится генетическая
информация в виде
молекулы ДНК.
• В ядре локализовано
более 90% клеточной
ДНК.
Ядро

52.

Ядро: размеры и строение
Ядро имеет шаровидную
форму диаметром около 10
микрон

53.

Содержимое ядра – это
нуклеоплазма (ядерный сок).
В ядерном соке
располагается хроматин и
одно, или несколько ядрышек.
В нуклеоплазме также
располагаются различные
ионы, белки – ферменты и
нуклеотиды.
Ядерная оболочка пронизана ядерными порами.
Поры переносят через оболочку:
• из ядра в цитоплазму крупные молекулы
• из цитоплазмы в ядро — ядерные белки, которые синтезируются в
цитоплазме.

54.

ХРОМАТИН — вещество
(нуклеопротеид)
клеточного ядра,
составляющее основу
хромосом.
Перед делением клетки
молекулы ДНК плотно
скручиваются, образуя
хромосомы.

55.

Функции ядра:
1. хранение и передача
наследственной
информации, поскольку в
ядре содержится молекула
ДНК.
2. реализация
наследственной информации,
связанная с участием в синтезе
белка.
В ядре клетки находятся
хромосомы, которые
содержат молекулу ДНК
– хранилище
наследственной
информации, поэтому
ядро играет ведущую
роль в
наследственности.
Данное важное
положение доказано
рядом точных опытов.

56.

Немембранные органоиды клетки
(рибосомы, микротрубочки, клеточный центр)
1. Рибосомы
Рибосомы – это
очень мелкие
органеллы,
диаметром около 20
нм, необходимые
клетке для синтеза
белка

57.

Функция рибосом – это синтез белка!
Каждая рибосома состоит из двух
неодинаковых по размерам частиц.
В одной клетке содержится много тысяч
рибосом, они располагаются:
• либо на мембранах ЭПС (в таком
случае белок «идёт на экспорт» в
другие клетки;
• либо в цитоплазме (белок остаётся в
клетке).
Синтез белка – сложный процесс,
который осуществляется не одной
рибосомой, а целой группой из десятков
объединённых рибосом.

58.

2. Микротрубочки
Цитоплазма эукариотических клеток пронизана сетью из
белковых нитей (микротрубочек), - это цитоскелет.
Цитоскелет состоит из: микротрубочек, промежуточных
филаментов и микрофиламентов.
Микротрубочки пронизывают всю
цитоплазму и представляют собой
полые трубки диаметром 20-30 нм.
Их стенки образованы специально
закрученными нитями, которые
состоят из белка тубулина.
Микротрубочки прочны и образуют
опорную основу цитоскелета. Часто они
располагаются таким образом, чтобы
противодействовать растяжению и сжатию
клетки.
Также микротрубочки выполняют и
транспортную функцию, участвуя в
переносе по цитоплазме различных
веществ.

59.

3. Клеточный центр

60.

Органоиды движения:
реснички и жгутики
Многие клетки способны к движению, причем механизмы
двигательных реакций могут быть различными.
Различают такие типы движения: амебоидные движения
(амеба и лейкоциты), ресничные движения (инфузория
туфелька), жгутиковые движения (сперматозоиды),
мышечные движения.

61.

У эукариот жгутики
и реснички
внутренние, то есть
покрыты мембраной
снаружи. Они
построены из
микротрубочек.

62.

Жгутик волнообразно
изгибается, а ресничка
— бьётся, как хлыст.
Движение происходит
за счет перемещения
по микротрубочкам
моторного белка
динеина.