Клетка. Методы исследования

1. КЛЕТКА! МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.

Большинство живых организмов представлено
одиночными клетками, другие крупными
многоклеточными сообществами. Отдельные
группы клеток выполняют специализированные
функции и связаны сложными системами связи.
Все клетки на земле хранят свою наследственную
информацию в форме двухцепочечных молекул ДНК.
Живая клетка обладает большой свободной
внутренней энергией. Для воспроизводства новой
клетки по своему образу и подобию необходима
свободная энергия, а также сырье для
осуществления реакций синтеза.

3.

Основополагающая функциональная единица живого
Могут быть главными (стволовые клетки)
Могут подчиняться законам соседних клеток
Живут двойной жизнью: в мире химии и в мире смысла

4.

Росс Гранвиль Гаррисон (Ross Granville
Harrison)
американский биолог, врач, эмбриолог.
Совершил одно из важнейших открытий в
истории медицины - метод культивирования
тканей, то есть выращивание живых клеток
в лабораторных условиях.
Первым научился культивировать клетки
вне организма.
Сформулировал интересный постулат:
«Мы живем в мире наших клеток, которые
живут двойной жизнью: в мире химии
и в мире смысла».

5.

6.

7.

ОТЛИЧИЯ СТРОЕНИЯ КЛЕТОК ПРО- И
ЭУКАРИОТ
ПРОКАРИОТЫ
ЭУКАРИОТЫ
ПРИЗНАКИ
ЯДРО
НЕТ
ЕСТЬ
КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА
ЕСТЬ
ТОЛЬКО У
РАСТЕНИЙ
ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ
МЕМБРАНА
ЕСТЬ
ЕСТЬ
МИТОХОНДРИИ
НЕТ
ЕСТЬ
РИБОСОМЫ
ЕСТЬ
ЕСТЬ
ЦИТОЗОЛЬ
ЕСТЬ
НЕТ

8.

Существенно различаются подвижные
формы прокариотических и
эукариотических клеток.
Прокариоты имеют двигательные
приспособления в виде жгутиков или
ресничек , состоящих из белка
флагеллина.
Двигательные приспособления подвижных
эукариотических клеток получили
название ундулиподиев (Реснички ·
Жгутик · Аксонема · Радиальные спицы),
закрепляющихся в клетке с помощью
особых телец кинетосом (базальных
телец).
Электронная микроскопия выявила
структурное сходство всех ундулиподиев
эукариотических организмов и резкие их
отличия от жгутиков прокариот

9.

ЦИТОСКЕЛЕТ
Сеть белковых филаментов, которая обеспечивает пространственную
структуру цитоплазмы эукариотических клеток.
Три основных типа филаментов: актиновые, промежуточные и микротрубочки.
Актиновые филаменты самые тонкие и легко ломаются
Промежуточные – легко гнутся, но их сложно сломать.
Микротрубочки-это прочные и жесткие полые трубки.
Субъединицы микротрубочек –
тубулин и актиновых филаментов
– актин связывают и гидролизуют
нуклеотидтрифосфаты.
Тубулин - GTP
Актин - ATP

10.

11.

Большинство клеток имеют одно ядро. Некоторые
клетки могут содержать по 2 ядра (у инфузорий это
макронуклеус и микронуклеус).
Ядро чаще всего расположено в
центре клетки, и только у
растительных клеток с центральной
вакуолью — в пристеночной
протоплазме.
Округлое ядро
Оно может быть различной
формы: округлым, яйцевидным,
подковообразным,
сегментированным (редко),
вытянутым в длину,
веретеновидным и т. д.
Подковообразное (бобовидное) ядро

12.

В ядре находится более 90% ДНК всей клетки.
Многоядерные клетки
поперечнополосатой мышечной
ткани
В эукариотических
организмах существуют
клетки, не имеющие ядер,
но срок их жизни недолог
(зрелые эритроциты, живут
в среднем 125 суток). Также
известны многоядерные
клетки
(поперечнополосатые
мышечные волокна,
грибные клетки)

13.

ЯДРЫШКО
Участок процессинга
молекул рРНК и их
сборки в субъединицы
рибосом. Не окружено
мембраной
Размер ядрышка
отражает число
рибосом, производимых
клеткой. Иногда
занимает до 25%
размера от всего ядра.
Ядрышко – место где производятся другие РНК и другие РНК-белковые
комплексы

14.

Изменения ядрышка на
разных стадиях клеточного
цикла.
После митоза каждая из 10 хромосом,
несущих группу генов рРНК, начинает
формировать крошечное ядрышко. Они по
мере роста соединяются и образуют
единое большое ядрышко, характерное для
клеток в интерфазе.

15.

ДРУГИЕ СУБЪЯДЕРНЫЕ
СТРУКТУРЫ
Кластеры интерохроматиновых гранул
Тельца Кохаля
Не имеют мембран и достаточно динамичны. Их появление связано со
скоплением белковых и РНК-компонентов, участвующих в синтезе,
сборке, хранении макромолекул и экспрессии генов. Они служат
участками, в которых компоненты, вовлеченные в процессинг РНК,
собираются, хранятся и вновь запускаются в оборот.

16.

ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ
ОРГАНЕЛЛЫ
МИКРОТРУБОЧКИ
деление клеток, внутриклеточный
транспорт, рециркуляция веществ,
подвижность клетки.
Это достаточно лабильные, изменяющиеся
цилиндрические структуры, состоящие из
белка тубулина.
Белки, связанные с микротрубочками –МАР
1 и МАР2 и тау-белки.
Обычно зарождение микротрубочек
происходит в специфическом месте клетки
– центре организации микротрубочек
МТОС (полярное тельце,
Центросома).

17.

КОМПЛЕКС
ГОЛЬДЖИ
выделяют 3 отдела цистерн,
окружённых мембранными
пузырьками:
Цис-отдел (ближний к ядру);
Медиальный отдел;
Транс-отдел (самый
отдалённый от ядра).
Главная функция аппарата
Гольджи — сортировка
проходящих через него
белков. В аппарате Гольджи
происходит формирование
«трехнаправленного
белкового потока»:

18.

Лизосомы
–главные пищеварительные органеллы клетки. Одна из отличительных
особенностей – низкий уровень рН.
С нарушением функций лизосом
связан ряд наследственных
заболеваний у человека,
называемых лизосомными
болезнями накопления
В 1949—1952 годах биохимик Кристиан де
Дюв и его студенты, изучавшие действие
инсулина в клетках печени крыс, случайно
обнаружили неожиданное различие в
активности кислой фосфатазы в
зависимости от способа выделения.

19.

ВНЕКЛЕТОЧНЫЙ
МАТРИКС
обеспечивает
механическую
поддержку клеток и
транспорт химических
веществ .
Макромолекулы матрикса обычно
секретируются фибробластами, а
состоит матрикс из колленовых
фибрилл.

20.

ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ
РЕТИКУЛУМ
мембрана ЭПР морфологически идентична
оболочке клеточного ядра и составляет с ней одно
целое.
Гладкий синтезирует провакуоли для жизни
растительной клетки, а шероховатый участвует в
синтезе белков.
ЭПР играет роль в биосинтезе
белков и липидов, служит депо
внутриклеточного Са 2+
Лабиринт разветвленных трубочек и уплощенных мешочков, расположенных по
всему цитозолю. Занимает более 10% объема клетки.

21.

МИТОХОНДРИЯ
-Энергетическая станция клетки; основная функция
— окисление органических соединений и
использование освобождающейся при их распаде
энергии и для генерации электрического
потенциала, синтеза АТФ и термогенеза
Содержит 16,5 кб ДНК, кодирует 2 рибосомные
РНК и 22 тРНК, 13 белков.
Наружная мембрана содержит
белок – порин. Внутренняя
мембрана образует множество
смежных складок-крист

22.

ХЛОРОПЛАСТЫ
фотосинтез
Имеют собственный геном
Родословная от одного вида цианобактерии,
произошли более миллиарда лет назад.

23.

РИБОСОМЫ
- важнейший немембранный органоид живой клетки, служащий для
биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе
генетической информации, предоставляемой матричной РНК (мРНК).
Этот процесс называется трансляцией.
Синтез рибосом у эукариот происходит в специальной внутриядерной
структуре — ядрышке. Рибосома на 30—50 % состоит из белка.

24.

Органоиды клетки

25.

Органелла или
фракция
Маркер
Основные функции
Ядро
ДНК
Место расположения хромосом, место
ДНК-направляемого синтеза РНК
Митохондрия
Глутаматдегидроге
наза
Цикл трикарбоновых кислот,
окислительное фосфорилирование
Рибосома
Высокое содержание
РНК
Место синтеза белка (трансляция мРНК)
Эндоплазматичес
кий ретикулум
Глюкозо-6-фосфатаза
Рибосомы-главное место синтеза белка
Синтез различных липидов
Лизосома
Кислая фосфатаза
Место расположения ферментов,
катализирующих реакции распада
Комплекс Гольджи
Галактозилтрансфераза Внутриклеточная сортировка белков,
реакции гликозилирования
Пероксисома
Каталаза
Оксидаза мочевой
кислоты
Цитоскелет
Цитозоль
Разрушение некоторых жирных кислот и
аминокислот
Микрофиламенты, микротрубочки,
промежуточные филаменты
Лактатдегидрогена
за
Ферменты синтеза жирных кислот

26.

МОДЕЛИ ЭУКАРИОТ
Дрожжи
В 1997 году была определена
полная последовательность
генома 137000000 пар
нуклеотидов (78520 п.н.)
митохондриальной ДНК.
Геном 140 млн п.н

27.

Геном из 97 млн п.н. кодирует
приблизительно
19 тыс белков.
Геном 170 млн п.н. и кодирует
14000 белков

28.

СРАВНЕНИЕ ТРАДИЦИОННОЙ
И КОНФОКАЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ
Позволяет расшифровать
структуры
сложных трехмерных объектов
(сети волокон цитоскелета в
цитоплазме, распределение
хромосом и генов в ядре.
Зародыш Drozophilla на стадии гаструлы
Качество изображения при световой
микроскопии зависит от тонкости
приготовленноо среза. Разрешение световой
микроскопии ограничено длиной волны
видимого света.

29.

Визуализация клеток
Фазово-контрастная и дифференциально
интерференционная контрастная микроскопия
а) светлопольная; б) ФК; в) ДИК; г) темнопольная
Используют в случае митоза или миграции клеток

30.

Флуоресцентная микроскопия
Флуоресцентные зонды
Применяют для
обнаружения
определенных белков
или других молекул в
клетках и тканях.
В основном используют
двакрасителя: родамин
(красным светом при
возбуждении зеленожелтым)( и флуоресцеин
(с зеленой
флуоресценцией при
возбуждении синим
светом)

31.

АНТИТЕЛА – это уникальные белки, синтезируются в миллиардах различных
форм, каждая несет сайт связывания, узнающий определенную мишень
или антиген. Антитела метят флуоресцентными зондами
Непрямая иммуноцитохимия.
Флуоресцентный краситель сшит со специфическим антителом – первичным, но
более сильный сигнал при помощи немеченного первичного антитела, котрое
затем взаимодействует с набором меченных вторичных антител.
Иногда в качестве сигнала используют фермент. Фермент щелочная
Фосфатаза дает неорганический фосфат, тот приводит к образованию
окрашенного осадка, т.е. к определению комплекса антиген-антитело.
Твердофазный иммуноферментный анализ ELISA. Используют в тестах на
беременность и на выявление разного рода инфекций.

32.

РАДИОАВТОГРАФИЯ.
Радиоактивные молекулы можно использовать для наблюдения за
ходом любого процесса в клетке. Живые клетки подвергают действию
радиоизотопа, инкубируют некоторое время, давая метке проникнуть в
клетку. Затем фиксируют. Препарат покрывают фотографической
эмульсией и оставляют в темноте, затем проявляют и определяют
положение радиоактивности по положению серебристых зерен.
Черные точки-это серебряные зерна,
указывают на клетки,
синтезирующие новую ДНК.
Меченные 3Н-тимидином ядра
нейроэпителия внутреннего уха
цыпленка.

33.

ФОТОАКТИВАЦИЯ
-вызываемый светом переход молекулы из инертного состояния в активное.
Гены,кодирующие GFP могут быть мутированы для синтеза белковых формЮ
которые флуоресцируют под лучом света определенной длины волны.
Позволяют изучать жизненный цикл и поведение любого белка независимо от
других вновь синтезированных.
GFP –зеленый флуоресцентный белок, выделен из
медузы Aeqouria victoria