02.Биология клетки. Механизмы репродукции клеток_2018 (1)

1.

Биология клетки
1

2.

◼
КЛЕТКА – это элементарная живая система, способная к
самостоятельному существованию, самовоспроизведению
и развитию, основа строения и жизнедеятельности всех
животных и растений
2

3. Краткая история создания и развития клеточной теории

1665 год - английский физик, секретарь
Лондонского королевского общества
Роберт Гук (1635 - 1703) в работе
«Микрография» описывает строение
пробки, на тонких срезах которой он
нашел правильно расположенные
пустоты, которые назвал «порами, или
клетками»
3

4. Краткая история создания и развития клеточной теории

1673 год - голландский
натуралист, основоположник
научной микроскопии Антон ван
Левенгук (1632 - 1723) первым
открыл мир одноклеточных
организмов - описал бактерий
(1683) и протистов (инфузорий)
4

5. Краткая история создания и развития клеточной теории

В лаборатории Иоганнеса Мюллера в
Берлине были выполнены
классические исследования Теодора
Шванна (1810 - 1882), заложившие
основание клеточной теории;
в 1838 году публикуются 3
предварительных сообщения, а в 1839
году появляется классическое
сочинение «Микроскопические
исследования о соответствии в
структуре и росте животных и
растений»
5

6. Краткая история создания и развития клеточной теории

Исследования Матиаса Шлейдена
(1804 - 1881), у которого в 1838 году
вышла работа «Материалы по
фитогенезу», натолкнули Шванна на
значение ядра в клетке, поэтому
Шлейдена часто называют соавтором
клеточной теории
6

7. Краткая история создания и развития клеточной теории

В 1858 году идею о всеобщем
распространении клеточного деления
как способа образования новых клеток
закрепляет Рудольф Вирхов (1821 1902), которую он выразил в виде
афоризма: «Omnis cellula ex cellula» -
«Всякая клетка - из другой клетки»
7

8. Основные положения клеточной теории

◼
◼
◼
◼
Клетка – элементарная единица живого
Гомологичность клеток: клетки всех одноклеточных и многоклеточных
организмов гомологичны по своему строению, химическому составу,
основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ
Клетка от клетки: размножение клеток происходит путем их деления
Интеграция и дифференциация - многоклеточный организм
представляет собой сложный ансамбль из множества клеток
интегрированных в системе тканей, однако клетки дифференцированы по
выполняемой ими функции; из тканей состоят органы, которые тесно
связаны между собой с помощью нервных и гуморальных систем
регуляции
8

9. Типы клеток

◼
◼
Прокариотические - не имеют
отграниченного мембранами ядра
(бактерии)
Эукариотические - имеют ядро, окруженное
двойной мембраной с ядерными порами
(клетки растений, животных, грибов)
9

10.

10

11. Плазматическая мембрана

11

12. Ядро

12

13. Митохондрии

◼
◼
◼
◼
◼
Синтез АТФ
(дыхательный и
энергетический центр)
Регуляция апоптоза
Регуляция экспрессии
ядерного генома
Передача
наследственной
информации
Участие в метаболизме
13

14.

14

15.

Роль апоптоза в многоклеточном
организме
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
Клеточный гомеостаз и морфогенез
Иммунные процессы
Старение
Онкогенез
Онтогенез
Аутоиммунные , вирусные и др. заболевания
Патология , связанная с усилением апоптоза (боковой амиотрофический
склероз, болезнь Альцгеймера, спинальная мышечная атрофия)
15

16. Хлоропласты

16

17. Эндоплазматический ретикулум

17

18. Аппарат Гольджи

18

19. Лизосомы

19

20. Отличия прокариотических и эукариотических клеток

Признак
Прокариоты
Эукариоты
Размер
0,5-3 мкм
10-100 мкм
Метаболизм
Анаэробный или аэробный Аэробный
Органеллы
Немногочисленны или
отсутствуют
Ядро, митохондрии,
хлоропласты,
эндоплазматическая сеть
и др.
ДНК
Кольцевая, в цитоплазме,
лишена гистонов
Длинная, организована в
хромосомы и окружена
ядерной мембраной
РНК
РНК и белки
синтезируются в одном
компартменте
Синтез РНК – в ядре,
синтез белков – в
цитоплазме
20

21. Отличия прокариотических и эукариотических клеток

Признак
Прокариоты
Эукариоты
Цитоплазма
Нет цитоскелета, нет
движения цитоплазмы,
эндо- и экзоцитоза
Цитоскелет из белковых
волокон, есть движение
цитоплазмы, эндо- и
экзоцитоз
Деление
Бинарное деление
перетяжкой
Митоз или мейоз
Клеточная
организация
Преимущественно
одноклеточные
Преимущественно
многоклеточные с
клеточной
дифференцировкой
21

22. Отличия прокариотических и эукариотических клеток

22

23. Отличия прокариотических и эукариотических клеток

23

24.

◼
Эукариотическая клетка - система более высокого уровня
организации, она не может считаться целиком гомологичной
клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной
митохондрии клетки человека)
◼
Гомология всех клеток, таким образом, сводится к наличию у них
замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов,
рибосом и наследственного материала в виде молекул ДНК
24

25. Основные отличия растительных и животных клеток

Признак
Размер
Растительная клетка
10-100 мкм
Животная клетка
10-30 мкм
Целлюлозная
Расположена снаружи от
клеточная стенка клеточной мембраны
Отсутствует
Пластиды
Хлоропласты, хромопласты,
лейкопласты
Отсутствуют
Клеточный центр
У низших растений
Во всех клетках
Центриоли
Отсутствуют
Есть
Вакуоли
Крупные, заполненные
клеточным соком – водным
раствором веществ запасных или конечных
продуктов; осмотические
резервуары клетки
Обычно мелкие;
сократительные,
пищеварительные,
выделительные вакуоли
25

26. Основные отличия растительных и животных клеток

Признак
Растительная клетка
Животная клетка
Способ питания
Автотрофный
(фототрофный,
хемотрофный)
Гетеротрофный
Синтез АТФ
В хлоропластах,
митохондриях
В митохондриях
Способность к
фотосинтезу
Есть
Нет
Главный
резервный
питательный
углевод
Крахмал
Гликоген
26

27. Основные отличия растительных и животных клеток

27

28. Доклеточные формы жизни???

▪ Клеточная структура является
главной, но не единственной
формой существования жизни
▪ Неклеточными формами жизни
можно считать вирусы
▪Признаки живого (обмен веществ,
способность к размножению и т.п.)
вирусы проявляют только внутри
клеток
▪Вне клеток вирус по сути является
сложным химическим веществом
28

29. Доклеточные формы жизни???

29

30. Вирусы - строение

◼
◼
◼
◼
◼
Вирусная частица вне клетки
называется вирионом
Величина варьирует от 20 до 300 нм
Состоят из нуклеиновой кислоты
(ДНК или РНК), белкового чехла –
капсида, содержащего структурные
белки и ферменты
Форма капсида у различных
вирионов различна
Встречается спиральный тип
симметрии, икосаэдрический тип форма многогранника, смешанный
тип (фаги), а также неправильная
форма
30

31. Репликация вирусов

◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
Адгезия вируса на клетке мишени
Проникновение нуклеиновой кислоты вируса в клетку
Транскрипция ДНК с образованием мРНК (или обратная
транскрипция РНК вируса в ДНК и последующий синтез мРНК)
Синтез вирусных белков
Дупликация ДНК (или РНК) вируса
Сборка вируса
Выход из клетки
31

32.

Механизмы репродукции
клеток
32

33. Клетки размножаются путем деления исходной клетки

◼
◼
◼
Клеточный цикл – период от образования клетки из материнской
до очередного деления или смерти
Основной механизм деления эукариотической клетки – митоз
Митотический цикл – часть клеточного цикла, в процессе
которого осуществляется подготовка к делению и само деление
клетки
33

34. Клеточный цикл

Интерфаза:
G1 – пресинтетический
период
S – синтетический период
G2 – постсинтетический
период
M – митоз и цитокинез
G0 – период покоя или
выполнения
специфических функций
34

35. Характеристика этапов интерфазы – фаза G1

◼
◼
◼
Фаза G1 – наступает сразу после митоза
Характеризуется возобновлением интенсивных процессов
биосинтеза
В данной фазе у большинства клеток существует критическая
точка – т.н. точка рестрикции, после прохождения которой
клетка должна пройти все последующие этапы клеточного
цикла
35

36. Характеристика этапов интерфазы – S фаза

◼
Фаза S – следует за фазой G1
◼
Характеризуется репликацией (удвоением) ДНК
◼
◼
◼
Начинается с появления вещества – активатора S-фазы,
который присутствует, пока не завершится репликация всей
ДНК
Длительность в типичной эукариотической клетке – около 8
часов
Скорость репликации – около 50 нуклеотидов в секунду (у
прокариот – 500/сек)
36

37. Характеристика этапов интерфазы – S фаза

◼
◼
◼
Репликация начинается с участка ДНК, т.н. сайта начала
репликации, с формированием пары противоположно
направленных Y-образных репликационных вилок, движущихся
навстречу друг другу
У эукариот имеется множество сайтов начала репликации,
находящихся на расстоянии 30-300 тысяч нуклеотидных пар
Только для S-фазы характерен синтез гистонов – белков,
необходимых для упаковки ДНК
37

38. Характеристика этапов интерфазы – фаза G2

◼
◼
◼
◼
Фаза G2 – наступает после S-фазы и является периодом
подготовки к митозу
Характеризуется синтезом белков, необходимых для деления, в
частности тубулина, образующего веретено деления
Переход к митозу начинается при появлении М-стимулирующего
фактора
Формула, выражающая количество наследственного материала
в фазу (после завершения S-фазы)
2n2c → 2n4c
38

39. Митоз

◼
Митоз включает несколько стадий, которые осуществляются в
строгой последовательности:
◼
◼
◼
◼
◼
Профаза
Метафаза
Анафаза
Телофаза
Цитокинез
39

40. Характеристика профазы

◼
◼
◼
◼
Наблюдается постепенная конденсация
хроматина ядра
Появление отчетливо видимых
хромосом, состоящих из двух
сестринских хроматид
Дезинтеграция ядрышка
Формирование веретена деления в
цитоплазме
1 – плазматическая мембрана
2 – цитоплазма
3 – образующееся веретено
4 – полюс веретена
5 – конденсирующиеся хромосомы
6 – ядерная оболочка
7 – центромера
8 – распадающееся ядрышко
Интерфаза
Профаза
40

41. Переход от профазе к метафазе - прометафаза

Переход от профазе к метафазе прометафаза
◼
Начинается с распада ядерной оболочки на фрагменты (у некоторых
организмов ядерная оболочка может сохраняться)
◼
◼
Микротрубочки веретена смещаются в центральную часть клетки и
прикрепляются к кинетохору хромосом (кинетохор – белковый
комплекс на центромерах хромосом)
Микротрубочки начинают перемещать хромосомы в плоскость
экватора
1 – плазматическая мембрана
2, 5 – полюсы веретена
3 – хромосомы
4 – фрагменты ядерной оболочки
6 – астральная микротрубочка
7 – кинетохорные микротрубочки
8 – кинетохоры
9 – полюсная микротрубочка
41

42. Характеристика метафазы

◼
◼
Сестринские хроматиды прикрепляются
своими кинетохорами к
противоположным полюсам веретена
Все хромосомы выстроены в
экваториальной плоскости, образуя
метафазную пластинку
1, 5 – полюсы веретена
2 – фрагменты ядерной оболочки
3 – кинетохорная микротрубочка
4 – полюсная микротрубочка
6 – метафазная хромосомная пластинка
42

43. Характеристика анафазы

◼
◼
◼
◼
Начинается быстрым синхронным
расщеплением всех хромосом на
сестринские хроматиды
Расщепление хромосом на хроматиды
связано репликацией ДНК в районе
центромеры
Сестринские хроматиды движутся к
полюсам
Сигналом к началу анафазы является
повышение концентрации ионов Са2+
43

44. Анафаза митоза

◼
◼
Анафаза А – перемещение хроматид к
полюсам вследствие укорочения
кинетохорных микротрубочек
Анафаза В – удаление самих полюсов
друг от друга
1 – раздвигающая сила возникает
между микротрубочками от
противоположных полюсов,
расталкивая их
2 – тянущая сила действует
непосредственно на полюса,
растаскивая их
Анафаза А
Анафаза В
44

45. Характеристика телофазы

◼
◼
◼
◼
◼
Вокруг каждой группы хромосом
образуется ядерная оболочка и
формируются два дочерних ядра
Происходит деконденсация хроматина –
он переходит в интерфазное состояние
Возобновляется синтез РНК
Появляется ядрышко
Начинается сборка рибосом
1 – деконденсирующиеся хроматиды
2 – образующаяся ядерная оболочка
3 - полюсная микротрубочка
45

46. Характеристика цитокинеза

◼
◼
◼
◼
Цитокинез – деление цитоплазмы
Начиная с анафазы под прямым углом к длинной оси митотического
веретена в плоскости экватора появляется борозда деления
Образование борозды обусловлено активностью сократимого кольца под
мембраной клетки, состоящего из актиновых филаментов
В растительных клетках цитоплазма разделяется путем образования новой
стенки на границе между дочерними клетками
46

47. Митотический индекс (индекс пролиферации)

% делящихся
клеток от общего числа проанализированных клеток:
(Р+М+А+Т)х100/N
, где (P+M+A+T) —
сумма клеток, находящихся на стадии профазы, метафазы,
ана- и телофазы, а N — общее
число проанализированных клеток
47

48. Митотический индекс (индекс пролиферации)

Методы выявления пролиферативной активности:
1. 3Н-тимидин
2. BrdU (бром дезоксиуридин)
3. PHH3 (Фосфогистон H3)
4. Ki-67
5. PCNA
(ядерный антиген пролиферирующих клеток)
Г-Э
BrdU
PCNA
Ki-67
PHH3
48

49. Митотический индекс (индекс пролиферации)

Определение активности опухолевой ткани:
меньше 15% - слабоагрессивная
от 30 до 50% - агрессивная
выше 50% - высокоагрессивная
49

50. Патологический митоз

50