Лекция 1. Цитология (1)

1. Ботаника

ВВЕДЕНИЕ
доцент
Анисимов Александр Алексеевич

2. Ботаника

Наука о растениях
Задача – всестороннее изучение растений:
строение, жизненные функции,
распространение, происхождение, эволюция

3. Разделы ботаники

Морфология – внешнее и внутреннее
строение растений
В рамках морфологии выделяют подразделы:
Цитология – строение и развитие клетки
Гистология – строение и развитие тканей
Анатомия – строение и развитие органов
Эмбриология – образование, строение и
развитие зародыша

4. Разделы ботаники

Систематика – классификация разнообразия
растительных организмов
География растений – изучает
распределение растений на Земле
Экология растений – изучает
взаимодействие растений с окружающей
средой
Палеоботаника – изучает растительные
сообщества в предыдущие эры и периоды

5. Ботаника

Лекция № 1
ЦИТОЛОГИЯ
доцент
Анисимов Александр Алексеевич

6. Клетка

Основная структурная и
функциональная единица всех живых
систем
Обладает всеми признаками живого:
-рост
-обмен веществом и энергией с
окружающей средой
-деление
-раздражимость
-наследственностью

7. История изучения клеток

Понятие о клетке возникло после
изобретения микроскопа (16 век, братья
Янсен, Фракасторо, Липперсгей)
микроскоп Янсена, давал
увеличение от 3 до 10 раз
Захарий Янсен, 1590 г.

8. История изучения клеток

Р. Гук – впервые увидел и описал клетку (1665 г.)
Рассматривая срез бутылочной пробки, увидел, что она
состоит из многочисленных камер, которые он назвал
«клетками»
Стенка – главная часть клетки
Роберт Гук

9. История изучения клеток

М.Мальпиги (1671 г.) Н. Грю (1682) – описали
микроскопическое строение органов живых растений,
подтвердили их клеточное строение.
Клетки – «мешочки со слизистым содержимым»
Н. Грю полагал, что стенки клеток образованы
переплетением нитей, как в текстиле – отсюда термин
«Ткань»
Неемия Грю
Марчелло Мальпиги

10. История изучения клеток

А. Левенгук – открыл микроскопические
организмы, описал хроматофоры
спирогиры, хромопласты (1676)
Антони ван Левенгук
Микроскоп Левенгука

11. История изучения клеток

17 и 18 века –
господство
представлений о том,
что жизненные
свойства клеток
связаны с их стенками.
Содержимое клетки –
питательный сок,
растительная слизь.
19 век – развитие
микроскопии –
содержимому клетки
начали придавать
важное значение
Зарисовки Левенгука

12. История изучения клеток

Р. Броун – обнаружил в клетке ядро (1831 г.)
Я. Пуркинье – назвал слизистое содержимое
клетки «протоплазма», показал, что она – это
живое вещество клетки (1839)
К 30-м годам 19 века открыты основные
компоненты клетки, сформирована клеточная
теория
Роберт Броун
Ян Пуркинье

13. Клеточная теория

Сформулирована в работах М.
Шлейдена (1838) и Т. Швана (1839).
Доказали, что клетка является
основной единицей
любого организма.
Основные положения:
Клетка есть биологическая элементарная единица
строения организма и может быть рассмотрена как
биологическая индивидуальность низшего порядка
(отдельный организм, например, простейшие).
Клеткообразование есть универсальный принцип
размножения.
Жизнь организма может и должна быть сведена к
сумме жизней составляющих его клеток.
Теодор Шван

14. Клеточная теория

Р. Вирхов дополнил клеточную
теорию Швана и Шлейдена (1855)
Дополнения Вирхова:
Всякая клетка происходит из другой
клетки.
Всякое болезненное изменение связано с
каким-то патологическим процессом в
клетках, составляющих организм.
Рудольф Вирхов

15. История изучения клеток

Конец 19 века – появилась возможность изучать
основные компоненты клетки (органеллы)
1866-1888 г. – открытие хромосом
1880 – 1883 г. – открытие хлоропластов
1890 г. – открытие митохондрий
1898 г. – открытие аппарата Гольджи
Конец 19 века – оформление цитологии как
науки.

16. История изучения клеток

Конец 19 века – световой микроскоп почти
достиг теоретического предел разрешающей
способности (до 2500 раз)
Новое развитие цитологии началось с 30-х годов
20 века с появлением электронного микроскопа
(увеличение до 250000 раз)
Световой микроскоп
Электронный микроскоп

17. Растительная клетка в световом микроскопе

18. Растительная клетка в электронном микроскопе

19. Растительная клетка в флуоресцентном микроскопе

20. Классификация клеток

По степени сложности внутренней
организации выделяют:
Прокариотические клетки
нет оформленного ядра, хромосом, пластид,
митохондрий, эндоплазматического
ретикулума, аппарата Гольджи, отсутствуют
митоз и типичный половой процесс. Многие –
анаэробы. Есть азотфиксаторы. Бактерии.
Эукариотические клетки
есть оформленное ядро, большое количество
разнообразных органелл. Клетки растений,
животных и грибов.

21. Классификация клеток

По форме клеток:
Паренхимные клетки
изодиаметрические многогранники, диаметр
примерно одинаков во всех направлениях,
длина не более чем в 2-3 раза превышает
ширину, средняя величина – 10 – 1000 мкм
Прозенхимные клетки
вытянутые клетки, длина превышает ширину
в 5…10…100 раз., средняя ширина – 50-100
мкм, длина может достигать 5-6 см

22. Паренхимные и прозенхимные клетки

23. Паренхимные и прозенхимные клетки (Mnium thomsonii)

24. Принцип строения растительной клетки

25. Сравнение клеток растений и животных

26. Клетка растения

27. Органеллы растительной клетки

Двумембранные – пластиды,
митохондрии
Одномембранные –
эндоплазматическая сеть, аппарат
Гольджи, вакуоль, лизосомы,
пероксисомы
Немембранные – рибосомы,
микротрубочки, микрофиламенты

28. Цитоплазма

Обязательная часть живой клетки
Место протекания большинства
метаболических процессов
Основа цитоплазмы – матрикс, или
гиалоплазма

29. Гиалоплазма

Бесцветная коллоидная система – среда для
взаимодействия всех структур цитоплазмы,
пронизана микротрубочками и микрофиламентами
Микротрубочки – надмолекулярные белковые
агрегаты длиной до 25 нм, участвуют в
формировании жгутиков, ресничек, во
внутриклеточном транспорте
Микрофиламенты – нити белка актина способны
сокращаться
Благодаря микротрубочкам и микрофиламентам
цитоплазма способна к движению

30. Рибосомы

Немембранные органеллы
Универсельные органеллы, есть во всех
клетках
Функция – биосинтез белка
Состоят из двух субъединиц – большой и малой

31. Биологические мембраны

Основа компартментации клетки
Одно из основных свойств – избирательная
проницаемость
Плазмалемма – наружная клеточная
цитоплазматическая мембрана
Тонопласт – мембрана вакуоли
Эндоплазматическая сеть – разветвлённая сеть
мембранных канальцев, основной внутриклеточный
транспортный путь

32. Биологические мембраны

33. Аппарат Гольджи

Состоит из диктиосом и пузырьков Гольджи
Место синтеза полисахаридов клеточной стенки
Пополнение плазмалеммы
Накопление, конденсация и упаковка веществ,
не нужных клетке

34. Лизосомы

Круглые одномембранные органеллы,
содержащие гидролитические ферменты
Формируются в аппарате Гольджи
Отвечают за внутриклеточное переваривание и
автолиз

35. Митохондрии

Двумембранные органеллы длиной до 10 мкм
Внутренняя мембрана образует выросты –
кристы
Основная функция – образование энергии в
процессе дыхания

36. Пластиды

Присущи только растительным клеткам
По строению, функциям и окраске
выделяют 3 типа пластид:
Хлоропласты
Хромопласты
Лейкопласты

37. Хлоропласты

Зелёные пластиды, содержат в себе
хлорофиллы и каротиноиды
Имеют линзовидную форму, размеры – от
5 до 10 мкм в длину и от 2 до 4 мкм в
ширину
В клетке в среднем – от 15 до 50 штук
Хлоропласты водорослей – хроматофоры
Способны передвигаться внутри клетки,
выстраиваясь таким образом, чтобы
максимально эффективно улавливать свет

38. Хроматофор улотрикса

39. Хроматофор спирогиры

40. Клетки элодеи канадской с хлоропластами

41. Строение хлоропласта

Тилакоиды (ламеллы) – выросты
внутренней мембраны, имеющие форму
плоских мешочков
Граны – тилакоиды, собранные в стопки,
«цистерны» На тилакоидах и гранах
находятся фотосинтетические пигменты
Строма – внутренняя среда хлоропласта
В хлоропласте могут встречаться
пластоглобулы (включения жиров),
рибосомы, ДНК, крахмальные зёрна,
белковые кристаллы

42. Строение хлоропласта

43. Строение хлоропласта

44. Строение хлоропласта

45. Функции хлоропластов

Фотосинтез – основная функция
хлоропластов, образование органического
вещества из неорганического, запасание
энергии света в виде энергии химических
связей
Фотофосфорилирование – образование
АТФ (энергетической «валюты» клетки)
Синтез и разрушение крахмала, липидов,
аминокислот, белка

46. Лейкопласты

Бесцветные мелкие пластиды, встречаются в
запасающих органах растений (клубни, корневища,
семена и т.д.)
Внутренняя система мембран развита слабо, есть
одиночные тилакоиды
Остальные компоненты – как в хлоропласте
Функция: синтез и накопление запасных веществ,
прежде всего крахмала, иногда – белков
Амилопласты – лейкопласты, накапливающие
крахмал
Протеопласты – лейкопласты, накапливающие
белок
Олеопласты (Элайопласты) – лейкопласты,
накапливающие жиры

47. Строение лейкопласта

48. Крахмальные зёрна

49. Крахмальные зёрна

50. Хромопласты

Пластиды, окрашенные в желтый, оранжевый и
красный цвет
Окрашивают лепестки цветков (лютик), корнеплоды
(морковь), плоды (хурма), осенние листья
Яркий цвет хромопластов обусловлен наличием
каротиноидов, растворенных в пластоглобулах
Внутренняя система мембран, как правило,
отсутствует
Имеют косвенное биологическое значение: яркая
окраска лепестков и плодов привлекает опылителей
и распространителей плодов

51. Строение хромопласта

52. Хромопласты красного перца

53. Взаимное превращение пластид

54. Вакуоль

Полость, заполненные клеточным соком и
ограниченная от цитоплазмы мембраной –
тонопластом
У большинства клеток растений – центральная
вакуоль, занимающая 70-90% от её объёма
Клеточный сок – водный раствор продуктов
жизнедеятельности протопласта
В состав клеточного сока могут входить углеводы
(сахара и полисахариды), белки, органические
кислоты и их соли, минеральные ионы,
алкалоиды, гликозиды, танины и другие
растворимые в воде соединения

55. Вакуоль растительной клетки

56. Функции вакуоли

накопление запасных веществ и отходов
поддержание тургора

57. Ядро

Важнейшая органелла клетки
Отделено от цитоплазмы двойной мембраной –
кариолеммой, пронизанной порами
Структура ядра одинакова у всех
эукариотических клеток: Ядерная оболочка,
ядерный сок, хромосомно-ядрышковый комплекс

58. Ядро

Носитель наследственной информации
Управление жизнью клетки путём регуляции
биосинтеза белка

59. Клеточная стенка

Структурное образование на периферии клетки,
придающее ей прочность, сохраняющее ее форму
и защищающее протопласт
Клеточные стенки соседних клеток соединены
пектиновыми веществами, образующими
срединную пластинку

60. Клеточная стенка

Основа клеточной стенки растений – целлюлоза
Молекулы целлюлозы, представляющие собой очень длинные
цепи, собраны по нескольку десятков в группы –
микрофибриллы
Они обладают эластичностью, высокой прочностью и создают
структурный каркас оболочки, а также погружены в ее
аморфный матрикс, состоящий в основном из гемицеллюлоз
и пектиновых веществ.

61. Клеточная стенка

Различают первичную и вторичную клеточные стенки
Меристематические и молодые растущие клетки, реже клетки
постоянных тканей, имеют первичную стенку, тонкую,
богатую пектином и гемицеллюлозой
Вторичная клеточная стенка образуется по достижении
клеткой окончательного размера и накладывается слоями на
первичную со стороны протопласта

62. Клеточная стенка

63. Плазмодесмы

Присущи только растительным клеткам
тонкие цитоплазматические тяжи, соединяющие
соседние клетки
В одной клетке может содержаться от нескольких
сотен до десятков тысяч плазмодесм
Стенки канала плазмодесмы выстланы
плазмалеммой, непрерывной по отношению к
плазмалемме смежных клеток. По центру канала
проходит мембранный цилиндр – центральный
стержень плазмодесмы, соединенный с мембраной
ЭПР
Плазмодесмы выполняют функцию межклеточного
транспорта веществ

64. Плазмодесмы

65. Поры

Неутолщенные места клеточной стенки (углубления), на
которых отсутствует вторичная оболочка. В них находятся
тончайшие отверстия, через которые проходят плазмодесмы
По форме порового канала различают простые и
окаймленные поры
У простых пор диаметр канала приблизительно одинаков
на всем протяжении от полости клетки до первичной
оболочки и канал имеет форму узкого цилиндра
У окаймленных пор канал суживается в процессе
отложения вторичной оболочки; поэтому внутреннее
отверстие поры, выходящее в полость клетки, значительно
уже, чем наружное, упирающееся в первичную оболочку

66. Простые поры

67. Окаймлённые поры

68. Видоизменения клеточной стенки

Изменение
Вещество, вызывающее его
Утолщение без видоизменений
Целлюлоза
Одревеснение
Лигнин
Опробковение
Суберин
Кутинизация
Кутин
Минерализация
Кремнезём, соли кальция,
магния и др.
Ослизнение
Слизи, камеди

69. Включения

Вещества, временно выведенные из метаболизма,
либо его конечные продукты
Включения специфичны для соответствующей
группы клеток, тканей и органов
Большинство включений – в цитоплазме и
вакуолях
Необходимость включений:
Резерв питательных веществ
Защита от паразитов и травоядных животных
Концентрация веществ, подлежащих удалению из клетки
Запасные питательные вещества – продукты первичного
метаболизма, остальное – вторичный метаболизм

70. Запасные вещества растений (первичный метаболизм)

Белки – алейроновые зёрна
(производные вакуолей)
Жиры – липидные капли в цитоплазме
Углеводы – крахмальные зёрна
(лейкопласты)

71. Запасные вещества растений (вторичный метаболизм)

Эфирные масла
Смолы
Соли кальция – кристаллы оксалатов

72. Жизненный цикл клетки

Развитие от момента возникновение в
результате деления до следующего
деления или смерти
Клеточная дифференцировка –
приобретение клеткой функциональной
и структурной особенности

73. Фазы жизненного цикла клетки

Эмбриональная – клетки малы, тонкие
первичные клеточные стенки, большое
ядро, вакуоли мелкие
Роста – значительное увеличение
объёма клетки (до 100 раз), развитие
вакуолей, рост клеточной стенки – за
счёт растяжения

74. Фазы жизненного цикла клетки

Дифференцировки – образование
зрелых специализированных клеток,
специфические функции, образование
вторичной клеточной стенки
Зрелости – наибольшее разнообразие
структур клеток
Старение – ослабление жизненных
процессов, прогрессирование
упрощения строения, отмирание клетки