Лекция 1 (3)

1.

Кафедра медико-биологических
дисциплин
Лекция №1
ПОНЯТИЕ О СТРОЕНИИ КЛЕТКИ,
ПРИМЕНЯЕМОЕ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВРАЧА
Лектор: Александрова Елена Владимировна

2.

План лекции:
1. Введение в медицинскую биологию.
2. Клеточная теория.
3. Типы клеточной организации.
4. Химический состав клетки.
5. Структурно-функциональная организация клетки:
5.1 Строение и свойства биологических мембран;
5.2 Поверхностный аппарат клетки;
5.3 Цитоплазма;
5.4 Включения;
5.5 Органоиды.
6. Некоторые патологии клеточных органоидов.

3.

Введение в медицинскую биологию

4.

Уровни организации жизни

5.

Формы организации живой материи

6.

Клеточная теория
Клетка – элементарная единица живого.
Строение и жизнедеятельность клетки изучает наука цитология.

7.

Теодор Шванн (1810-1882)
Маттиас Шлейден (1804-1881)
В 1839 году немецкий зоолог Теодор Шванн и немецкий ботаник
Маттиас Шлейден сформулировали основные положения клеточной
теории:
• все организмы состоят из клеток;
• клетки животных и растений сходны по строению;
• рост, развитие и дифференцировка клеток обеспечивают развитие
многоклеточного организма.

8.

Рудольф Вирхов (1821-1902)
Карл Максимович Бэр (1792-1876)
В 1858 году дополнил
клеточную теорию:
• новые клетки образуются
из материнской клетки
путем деления;
• вне клеток нет жизни.
Обнаружил яйцеклетку
млекопитающих:
• все многоклеточные организмы
начинают свое развитие из одной
клетки – зиготы;
• клетка – единица развития всех
живых организмов.

9.

Основные положения клеточной теории:
1. Клетка – элементарная структурная и функциональная единица жизни; она
обладает всей совокупностью свойств, характеризующих живое.
2. Клетки всех организмов сходны по своему строению, выполняемым
функциям, химическому составу и обмену веществ, то есть гомологичны, что
объясняется единством их происхождения.
3. Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка
образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Клетка –
элементарная единица размножения живого.
4. В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым
функциям, объединены в целостные системы тканей и органов, связанные
между собой различными формами регуляции. Благодаря деятельности клеток
в многоклеточных организмах осуществляется рост, развитие, обмен веществ и
энергии.
5. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, то есть обладают
генетическими потенциями всех клеток данного организма, но отличаются
друг от друга разной экспрессией (работой) их генов, что приводит к
морфологическому и функциональному разнообразию клеток.

10. Царство БАКТЕРИЙ Царство АРХЕЙ

Царство РАСТЕНИЙ
Царство ГРИБОВ
Царство ЖИВОТНЫХ

11.

Сравнительная характеристика прокариотических и
эукариотических клеток
Критерии
Прокариоты (доядерные)
Размер клетки
Диаметр в среднем составляет 0,5-5 мкм
Жизненные формы
Клеточная стенка
Одноклеточные или нитчатые
Жесткая. Основной упрочняющий компонент –
муреин (пептидогликан)
Капсулы
Ядерная оболочка
Наследственный
аппарат
У некоторых представителей слизистые капсулы
Отсутствует
Отсутствует истинное ядро. Нет ядрышка.
Функцию ядра выполняет нуклеоид, в состав
которого входит кольцевая двунитчатая спираль
ДНК.
Эукариоты (ядерные)
Диаметр обычно до 40 мкм, объем клетки, как правило, в
1000-100000 раз больше, чем у прокариот
Одноклеточные, нитчатые или истинно многоклеточные
У растений и грибов клеточная стенка жесткая, основной
упрочняющий компонент у растений – целлюлоза, у грибов
– хитин. У животных клеточная стенка отсутствует
Отсутствуют
Имеется
Имеется морфологически оформленное ядро, которое
включает: поверхностный аппарат, кариоплазму, ядрышко и
хроматин
Наследственный аппарат включает также
плазмиды – молекулы ДНК, расположенные в
цитоплазме и не связанные с нуклеоидом
Генетический материал
Кольцевая молекула ДНК нуклеотида лишена
белков-гистонов, гены не имеют мозаичного
(интрон-экзонного) строения
Линейные молекулы ДНК связаны с гистоновыми и
негистоновыми белками и образуют хромосомы внутри
ядра. Внутри ядра есть ядрышко. Гены содержат как
информативные последовательности нуклеотидов – экзоны,
так и неинформативные последовательности - интроны
Одномембранные
органоиды
Отсутствуют: комплекс Гольджи,
эндоплазматическая сеть, лизосомы. Внутренние
мембраны встречаются редко, если они есть, то на
них обычно протекают процессы дыхания и
фотосинтеза
Многочисленны и разнообразны. Имеются
одномембранные органоиды: комплекс Гольджи,
эндоплазматическая сеть, лизосомы, вакуоли, пероксисомы

12.

Сравнительная характеристика прокариотических и
эукариотических клеток
Критерии
Двумембранные
органоиды
Белоксинтезирующий
аппарат
Цитоскелет
Клеточный центр
Синтез белка
Дыхание
Фотосинтез
Деление клеток
Фиксация азота
Прокариоты (доядерные)
Двумембранные органоиды отсутствуют.
Имеются мезосомы – впячивания
плазмалеммы, на которых протекают процессы
клеточного дыхания и фотосинтеза
Представлен только 70S-рибосомами.
Рибосомы содержат малую (30 S) и большую
(50 S) субъединицы и располагаются в
цитоплазме
Компоненты цитоскелета отсутствуют.
Отсутствует движение цитоплазмы (циклоз),
экзо- и эндоцитоз
Отсутствует
Эукариоты (ядерные)
Имеются митохондрии и пластиды (в растительной
клетке), содержащие свой наследственный и
белоксинтезирующий аппарат
Включает 80S-рибосомы, которые располагаются или
свободно в гиалоплазме, или фиксированы на мембранах
шероховатой ЭПС, и 70S-рибосомы, находящиеся в
матриксе митохондрий и в строме пластид. 80Sрибосомы состоят из малой (40S) и большой (60S)
субъединиц
Цитоскелет представлен микротрубочками,
микрофиламентами и промежуточными филаментами.
Имеется циклоз, экзо- и эндоцитоз
Имеется у животных, низших растений и некоторых
грибов.
Синтез и процессинг РНК происходит в ядре, синтез
белков – в цитоплазме
В митохондриях
Транскрипция и трансляция не разделены во
времени и пространстве
У бактерий осуществляется на мезосомах –
впячиваниях плазмалеммы, у сине-зеленых
водорослей – на цитоплазматической мембране
Происходит на мембранах, не имеющих
В хлоропластах
специфической упаковки
Бинарное деление. Митоз и мейоз отсутствуют Деление клеток происходит путем амитоза, митоза и
мейоза
Некоторые прокариоты обладают этой
Ни один эукариотический организм не способен к
особенностью
фиксации азота

13.

14.

Содержание химических элементов в клетках:
1. Макроэлементы (98%): кислород (О), углерод (С),
водород (Н), азот (N),
2. Микроэлементы (~1,9%): фосфор (Р), калий (К), сера
(S), кальций (Са), магний (Мg), натрий (Na), железо (Fe).
3. Ультрамикроэлементы (0,1%): цинк (Zn), медь (Cu),
йод (I), фтор (F), кобальт (Со), марганец (Мn) и др.

15.

Неорганические вещества клеток:
1. Вода (70-80%):
- образует внутреннюю среду в клетке и организме
- является универсальным растворителем для различных веществ
- определяет объем и упругость клетки
- регулирует осмотические процессы в клетке
- участвует в химических реакциях
- участвует в терморегуляции благодаря высокой теплоемкости
2. Ионы минеральных солей:
- основные катионы: K+, Na+, Ca+, Mg2+
- основные анионы: HPO4-, Cl -, HCO3-

16.

Органические вещества клеток:
1. Простые (низкомолекулярные):
-
аминокислоты
нуклеотиды
органические кислоты
жирные кислоты
моносахариды
глицерин
АТФ
2. Биополимеры и макромолекулы:
-
белки (мономеры – аминокислоты)
полисахариды (мономеры – моносахариды)
нуклеиновые кислоты (мономеры – нуклеотиды)
липиды

17.

18. Общие свойства биологических мембран: - текучесть; - способность к самосборке; - асимметрия; - полупроницаемость.

Строение и свойства биологических мембран
Общие свойства биологических мембран:
- текучесть;
- способность к самосборке;
- асимметрия;
- полупроницаемость.

19.

Схема строения поверхностного аппарата клетки
Строение плазмалеммы описывается
жидкостно-мозаичной моделью:
Надмембранный комплекс (гликокаликс):
1. Содержит олигосахаридные и полисахаридные цепочки
гликопротеидов и гликолипидов, периферические белки.
2. Имеет желеподобную консистенцию.
Субмембранный комплекс:
1. Состоит из гиалоплазмы, содержащей элементы цитоскелкта
(микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты),
периферических белков.
1. Плазмалемма состоит из липидного
(фофсолипидного) бислоя, в который погружены и
с которым связаны молекулы белков.
2. Белки плазмалеммы по своему расположению
относительно липидного бислоя подразделяются
на периферические, интегральные и
полуинтегральные.
3. Молекулы липидов плазмалеммы способны
вращаться вокруг своей оси, диффундировать в
боковом направлении и переходить из одного
монослоя в другой (на этом основано свойство
текучести).
4. Плазмалемма асимметрична: в наружном слое
преобладают фосфатидилхолин и сфингомиелин,
во внутреннем – фосфатидилэтаноламин,
фосфатидилсерин; гликолипиды и гликопротеиды
располагаются только в наружном слое.
5. Плазматическая мембрана обладает
избирательной проницаемостью: она
непроницаема для крупных молекул, для ионов и
заряженных частиц; проницаема для малых
незаряженных молекул, малых гидрофобных
молекул.
6. Обладает способностью к поддержанию
мембранного потенциала (потенциала покоя).
Изнутри она заряжена отрицательно, а снаружи
положительно.

20.

Функции поверхностного аппарата клетки
1. Обеспечение транспорта веществ из окружающей среды в клетку и
обратно, регуляция обмена веществ между клеткой и окружающей
средой
2. Рецепция (узнавание) разнообразных сигналов химической и
физической природы
3. Поддержание формы клетки и защита ее от повреждающих
воздействий
4. Участвует в формировании различных межклеточных контактов
Нормальная проницаемость мембраны – главное условие в гомеостазе
клетки.
Мембранопатии – образование в мембране клетки аномальных белков или
липидов, вследствие чего нарушается ее
конформация и увеличивается проницаемость.
Наследственный сфероцитоз
(болезнь Минковского-Шоффара)

21.

Транспорт веществ через плазматическую мембрану

22.

Схема работы натриево-калиевого насоса

23.

Мембранный транспорт веществ
Унипорт – это транспорт, при котором белок-переносчик функционирует только
в отношении молекул или ионов одного вида.
Копорт – сопряженный транспорт – белок-переносчик способен
транспортировать одновременно два или более видов молекул или ионов.
В случае симпорта молекулы или ионы транспортируются в одном направлении,
в случае антипорта – в противоположных направлениях.

24.

Эндоцитоз
- это процесс поглощения клеткой макромолекул и более крупных
частиц (вирусов, бактерий, фрагментов клеток)

25.

Эндоцитоз и экзоцитоз

26.

Цитоплазма
- все содержимое клетки, за исключением ядра
Состоит из гиалоплазмы и находящихся в ней разнообразных цитоплазматических
структур
Гиалоплазма (цитозоль, цитоплазматический матрикс) – вязкий водный раствор
различных солей и органических веществ, пронизанный системой белковых нитей –
цитоскелетом.
Микротрабекулярная сеть – составная часть гиалоплазмы, ее механический каркас. Эта сеть связывает
между собой все внутриклеточные структуры: субмембранный комплекс поверхностного аппарата,
мембранные органоиды, микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты цитоскелета.
• фиксирует клеточные органоиды и ферментативные комплексы, повышая эффективность работы органоидов и
оптимизируя процессы клеточного метаболизма;
• образует связи с микротрубочками и микрофиламентами, совместно с этими элементами участвует в перемещении
внутриклеточных структур.
Цитоплазматические структуры:
Включения
Органоиды
Циклоз – постоянное движение гиалоплазмы,
способствует непрерывному перемещению
внутриклеточных структур и веществ

27.

Включения
-
это непостоянные компоненты цитоплазмы, образованные отложениями
веществ, синтезированных в клетке, или конечными продуктами обмена.
1) трофические (жировые, углеводные, белковые) – запасы питательных
веществ, необходимых клетке для обменных процессов;
2) секреторные – содержат вещества, синтезированные в самой клетке и в ряде
случаев обладающие биологической активностью (гормоны, ферменты);
3) экскреторные – это продукты обмена, подлежащие удалению из клетки
(мочевая кислота);
4) пигментные (каротин, меланин);
5) специфические – содержатся в высокоспециализированных клетках и
клетках со специфическим метаболизмом (гемоглобин – дыхательный
пигмент эритроцитов).

28.

Органоиды (органеллы)
- постоянные специфические структуры цитоплазмы, выполняющие определенные
функции, необходимые для поддержания жизнедеятельности клеток

29.

Рибосомы
Структуры грибовидной формы
Состоят из малой и большой
субъединиц
Содержатся в ядре, цитоплазме и на
гранулярной эндоплазматической сети
Функция: биосинтез белка!

30. Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум)

разветвленная система соединенных между собой мембранных цистерн, трубочек
и везикулярных образований, представляющих собой единый непрерывный
компартмент, отделенный от гиалоплазмы одинарной мембраной.
1. Гранулярная эндоплазматическая сеть: на наружной стороне мембраны имеются
рибосомы и полисомы, полость ее сообщается с перинуклеарным пространством, а
мембрана связана с наружной мембраной ядра.
2. Агранулярная (гладкая) эндоплазматическая сеть: замкнутая сеть трубочек,
канальцев, цистерн и везикулярных образований, образуется из гранулярной ЭПС.
-

31.

ЭПС
1)
2)
3)
4)
Гранулярная
синтез белков,
предназначенных для
выведения из клетки;
сегрегация (отделение) вновь
синтезированных белковых
молекул от гиалоплазмы;
биосинтез мембранных
белков
синтез мембранных белков и
«сборка» компонентов
мембраны.
1)
2)
3)
4)
5)
Агранулярная
синтез и метаболизм
липидов;
синтез холестерина и
стероидных гормонов;
метаболизм гликогена;
деградация и детоксикация
различных вредных веществ
(канцерогены, ядовитые
вещества, гормональные
препараты и др.);
депонирование ионов Са2+
(саркоплазсатическая сеть в
мышечных волокнах).

32. Комплекс Гольджи

- пластинчатый комплекс, расположенный вблизи ядра, межу ЭПС и
плазмалеммой.
Структурно-функциональная единица – диктиосома.
Основные функции:
- накопление, сортировка, упаковка в секреторные пузырьки и транспорт по
назначению белков и липидов, синтезируемых в ЭПС
- химическая модификация белков;
- образование лизосом.

33.

Экзоцитоз
Секреторные
гранулы
Комплекс
Гольджи
Гранулярная
ЭПС

34. Лизосомы

- мембранные органеллы клеток животных и грибов, содержащие
гидролитические ферменты и осуществляющие гидролитическое
расщепление макромолекул (внутриклеточное пищеварение).
В лизосомах кислая среда (рН~5,0).
кий
Гетерофагия – процесс
переваривания
лизосомами
внеклекточных веществ,
захваченных путем
эндоцитоза.
Аутофагия - процесс
разрушения лизосомами
поврежденных белков,
клеточных структур,
выработавших свой
ресурс или продуктов их
распада до простейших
органических
соединений, способных
вступать в
разнообразные реакции
обмена веществ).

35. Пероксисомы

- небольшая органелла, ограниченная одной мембраной, содержащая большое
количество ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные
реакции.
Функции:
1) образование перекиси водорода, обезвреживание токсичных веществ;
2) утилизация перекиси водорода;
3) окисление жирных кислот;
4) синтез желчных кислот, холестерина, первые реакции биосинтеза плазмогенов.

36. Митохондрии - органеллы энергообеспечения метаболических процессов в клетке. 

Митохондрии
- органеллы энергообеспечения метаболических процессов в клетке.
Главная функция митохондрий –
синтез АТФ, основного источника
энергии для обеспечения
жизнедеятельности клетки!!!

37. Цитоскелет

Основные функции микротрубочек:
- поддержание формы и полярности клетки;
- обеспечение упорядоченности расположения
компонентов клетки;
- участие в образовании других,
более сложных органелл (центриоли,
реснички и т.д.);
- участие во внутриклеточном
транспорте;
- обеспечение движения хромосом
при митотическом делении клетки;
- обеспечение движения
Основные функции микрофиламентов:
- обеспечение определенной жесткости и
упругости клетки;
- участие в эндоцитозе и экзоцитозе;
- обеспечение подвижности немышечных
клеток (например, нейтрофилов и
макрофагов);
- участие в сокращении мышечных клеток и
волокон;
- стабилизация локальных выпячиваний
плазматической мембраны, за счет пучков
поперечно сшитых актиновых филаментов
(микроворсинки);
- участие в формировании межклеточных
соединений (опоясывающие десмосомы и
др.).
Основные функции промежуточных
филаментов:
- структурная;
- опорная;
- функция распределения органелл в
определенных участках клетки

38. Клеточный центр

Клеточный центр образован двумя центриолями (диплосома) – материнской и
дочерней.
Каждая центриоль представляет собой цилиндр, стенка которого состоит из девяти комплексов
микротрубочек длиной около 0,5 и 0,25 мкм. Каждый комплекс состоит из трех микротрубочек и
поэтому называется триплетом.
Функции клеточного центра:
- сборка микротрубочек;
- клеточный центр играет важную роль при митотическом делении клеток; во время митоза центриоли
удваиваются и вместе с окружающими их астросферами расходятся к полюсам клетки, участвуя в
образовании митотического аппарата – веретена деления; с помощью этого аппарата при делении
клетки осуществляется равномерное распределение хромосом между дочерними клетками;
- центриоли участвуют в образовании базальных телец, ресничек и жгутиков.

39. Реснички и жгутики

40. Ядро

Функции ядра:
- хранение и передача генетической информации,
- регуляцией процессов жизнедеятельности,
- синтез РНК и белков.

41. Митохондриальные болезни

Митохондриальные заболевания –
это группа генетических нарушений,
вызывающих дефекты в
окислительном фосфорилировании –
цепочке биохимических реакций, с
помощью которых клетки производят
энергию. Особенно чувствительны к
дефектам митохондрий нервные и
мышечные клетки из-за недостатка
АТФ- энергии для сокращения
мышечных и возбуждения нервных
клеток.
Одними из важнейших симптомов митохондриальной
патологии является непереносимость физических
нагрузок, мышечная слабость, развитие очаговой
неврологической симптоматики (параличи
конечностей, черепных нервов), коматозные
состояния
Синдром Кернса-Сейра

42. Пероксисомные болезни

Сцепленная с Х-хромосомой
адренолейкодистрофия
Пероксисомные патологии — это группа
наследственных нарушений обмена веществ,
которые возникают из-за нарушения структуры,
функции и биохимических ферментативных
реакций клеточных органелл — пероксисом.
Пероксисомы содержат ферменты, которые
помогают организму расщеплять жирные кислоты
и перекись водорода, и когда ферменты не
работают надлежащим образом, жирные кислоты и
перекись водорода накапливаются, вызывая
повреждение многих отделов организма.

43. Лизосомальные болезни накопления

группа редких наследственных
заболеваний, связанных с потерей
активности лизосомных ферментов. В
результате нарушения работы ферментов
различные промежуточные молекулы
накапливаются в лизосомах и цитоплазме
клеток. Длительное накопление
неусвоенных молекул приводит к
нарушению нормальной работы органов и
систем.
Болезнь Ниманна-Пика

44.

Пациенты с нарушениями в структуре ресничек
(например,
при
синдроме
Картагенера)
предрасположены к инфекционным заболеваниями
дыхательных путей, а лица мужского пола могут
быть бесплодны из-за снижения подвижности
сперматозоидов.
Электронограммы ресничек в норме (слева) и при
синдроме Картагенера (справа).
Прогерия детей – синдром Хатчинсона-Гилфорда.
Заболевание вызвано мутатацией гена LMNA, кодирующего ламин А, выстраивающий оболочку ядра
клетки.
Симптомы:
•Характерная внешность: низкий рост (не более 123 см),
недоразвитые ключицы, грушевидная грудная клетка,
тонкие ноги с выступающими суставами.
•Кожа: истончается, становится сухой, морщинистой, на
туловище могут быть склеродермоподобные очаги и участки
гиперпигментации.
•Волосы: преждевременно седеют и выпадают.
Осложнения: заболевания сердечно-сосудистой системы
(атеросклероз, ишемическая болезнь сердца), патологии
опорно-двигательного аппарата (гипоплазия ключиц,
истончение рёбер).
•Продолжительность жизни: в среднем пациенты
с
прогерией живут 14,5 года.

45.

Вопросы для самоподготовки
1. Основные положения клеточной теории Т. Шлейдена и М. Шванна. Какие дополнения внес в эту
теорию Р. Вирхов. Современное состояние клеточной теории.
2. Химический состав клетки.
3. Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Организация наследственного
материала у про- и эукариот.
4. Поверхностный аппарат клетки. Жидко-мозаичная модель строения плазматической мембраны,
основные функции мембран.
5. Механизмы транспорта вещества через биологические мембраны.
6. Цитоплазма. Химический состав, физико-химические свойства, структурная организация. Цитоскелет.
7. Включения (краткая характеристика).
8. Понятие и классификации органелл.
9. Рибосомы, их структура и функции. Полисомы.
10. Митохондрии, их структура и функции.
11. Комплекс Гольджи, его строение и функции. Лизосомы. Их строение и функция, типы лизосом.
12. Эндоплазматическая сеть, ее разновидности, роль в процессах синтеза веществ.
13. Клеточный центр, его строение и функции.
14. Цитоскелет клетки, его строение и функции. Микроворсинки, реснички, жгутики.

46.

КОНЕЦ ЛЕКЦИИ
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !