Биология клетки

1. Биология клетки

Крымский федеральный университет
имени В.И. Вернадского
Медицинская академия имени С.И. Георгиевского
Кафедра биологии медицинской
Лекция №1 для фармацевтического факультета
Агеева Елизавета Сергеевна
доктор медицинских наук,
доцент по кафедре патофизиологии,
Заведующий кафедрой биологии медицинской
Стоматологического факультета

2. План лекции

Определение
и основные задачи науки
«Биологии»
Основные дефиниции биологии клетки.
Клетка. Уровни организации
Основные процессы жизнедеятельности
Хромосомы – строение, форма, размеры,
функции
Жизненный цикл клетки: интерфаза,
митоз. Мейоз

3. Клетка (cellula)

Элементарная живая система, основная
структурная единица организма, способная к
самовоспроизведению,
саморегуляции,
самовозобновлению
Самовоспроизведение . Благодаря
способности к различным видам делений
клетки могут повторять себя в ряду поколений
и дочерних форм.
Самоопределение. В ходе развития каждая
клетка дифференцируется, для выполнения
определенных функций в составе
многоклеточного организма.
Самовосстанавливление. Наличие
механизмов репарации молекулы ДНК,
регенерации внутриклеточных органелл
позволяют клетке исправлять повреждения.

4. Исторический экскурс

Клетка
была открыта Робертом Гуком в 1665 г.
Роберт Гук (28 июля 1635— 3 марта
1703)
— английский ученый-энциклопедист,
естествоиспытатель.
С 1665 г. – профессор Лондонского
университета
Автор многих изобретений, открытий и
усовершенствований
http://stories-of-success.ru/biografiya_roberta_guka_otets_eksperimentalnoi_fiziki
http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Persones/Hooke.html
http://www.phisiki.com/2012-02-28-10-51-54/24-guk-otkritie-kletk

5. Исторический экскурс

С помощью усовершенствованного им микроскопа
наблюдал структуру растений и дал чёткий рисунок,
впервые показавший клеточное строение пробки
Термин «клетка»
Ученый полагал, что клетки подобны кельям
монахов
Открытие женской яйцеклетки и мужских
сперматозоидов
1665 г. опубликована научная работа «Микрография»,
описывающая микроскопические и телескопические
наблюдения.
Описаны клетки бузины, укропа, моркови, приведены
изображения глаза мухи, комара и его личинки,
детально описаны клеточное строение пробки, крыла
пчелы, плесени, мха
http://www.phisiki.com/2012-02-28-10-51-54/24-guk-otkritie-kletki
http://stories-of-success.ru/biografiya_roberta_guka_otets_eksperimentalnoi_fiziki

6. Размеры и форма клетки

ее от 10 -6 до 10 -4 м, достигает
в длину 1,5 м (нейроны).
Форма различна: шаровидные,
веретеновидные, чешуйчатые (плоские),
кубические, звездчатые, столбчатые
(призматические), отростчатые
(древовидные).
Величина

7. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ

обобщение
основных представлений о
клеточном строении живых организмов
было сформулировано в 1838-1839 гг.
ботаником Маттиасом Шлейденом (M.J.
Schleiden) и зоологом Теодором Шванном
(T. Schwann).

8. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ

Маттиас Якоб Шлейден
(1804–1881),
немецкий ботаник
http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/bio
logiya/SHVANN_TEODOR.html
Профессор ботаники Йенского университета
(1839–1862),
с 1863 – профессор антропологии Дерптского
университета (Тарту).
Основное направление научных исследований
– цитология и физиология растений.
В 1837 Шлейден предложил новую теорию
образования растительных клеток,
основанную на представлении о решающей
роли в этом процессе клеточного ядра.
Ученый полагал, что новая клетка как бы
выдувается из ядра и затем покрывается
клеточной стенкой.
Исследования Шлейдена способствовали
созданию Т.Шванном клеточной теории.
В 1842 он впервые обнаружил ядрышки в
ядре.
Среди наиболее известных трудов ученого –
Основы ботаники (Grundzüge der Botanik,
1842–1843).

9. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ

ТЕОДОР ШВАНН
(1810–1882),
немецкий физиолог.
http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/biologi
ya/SHVANN_TEODOR.html
В 1939–1948 – профессор физиологии и сравнительной
анатомии Лувенского университета,
в 1848–1878 – профессор Льежского университета.
Шванн был членом Лондонского королевского общества
(с 1879), Парижской Академии наук (с 1879), Королевской
бельгийской академии наук, литературы и изящных
искусств (c 1841).
Взяв в качестве характерного элемента клеточной
структуры ядро, смог доказать общность строения
клеток растений и животных.
В 1839 вышло в свет классическое сочинение
Шванна Микроскопические исследования о
соответствии в структуре и росте животных и
растений (Mikroskopische Untersuchungen über die
Uebereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der
Tiere und Pflanzen).
Как гистолог Шванн известен работами по тонкому
строению кровеносных сосудов, гладких мышц и нервов.
Ученый обнаружил и описал особую оболочку,
окружающую нервное волокно (шванновская оболочка).
нашел в желудочном соке фермент пепсин и установил
выполняемую им функцию; проиллюстрировал
принципиальную аналогию между процессами
пищеварения, брожения и гниения.

10. Современная клеточная теория

Клетка - основная единица строения и развития
всех живых организмов, наименьшая единица
живого - ;
Клетки разных организмов сходны
(гомологичны) по своему строению,
химическому составу, основным проявлениям
жизнедеятельности и обмену веществ;
Размножение клеток осуществляется только
путем деления материнской клетки (клетка от
клетки);
В сложных многоклеточных организмах клетки
специализированы и образуют ткани;
Клетки тесно связаны между собой и включены в
единую систему нервной и гуморальной
регуляции.

11. Количество клеток

Примитивные
беспозвоночные – несколько
сотен – 10000 клеток
14
Человек – несколько сотен миллиардов (10 ),
более 1000 разных видов клеток
(дифференцировка – синтез специфических
белков, выполнение специфических функций)
14
Дерево – 10
Слон – в 6,5 раз больше чем у человека

12. Хромосомы – строение, форма, размеры, функция

Метафазная
хромосома
Длинное
плечо – q
Короткое плечо – р
Спутники
Теломера

13. Хромосомы – строение, форма, размеры, функция

Метацентрические
Субметацентрические
Акроцентрические
Телоцентрические
Центромера делит
хромосому на 2
равных плеча
Центромера делит с
образованием не
равных плечей,
умеренно неравные
Центромера смещена
к концу плеча, в
результате однодлинное, другое –
короткое плечо
Центромера
отсутсвует или
расположена на
конце хромосомы
1, 3, 19, 20
2, 4, 5, 6, 12, 16, 17, 18,
Х
13, 14, 15, 21, 22
В нормальном
кариотипе не
встречается

14. Характеристика хромосом

Спирализация
Слабая
спирализация – эухроматин – зона
высокой метаболической активности,
уникальные последовательности ДНК
Сильная спирализация – гетерохроматин –
участок, обеспечивающий транскрипцию
- конститутивный – генетически инертный
- факультативный – может переходить в
активный эухроматин
Теломеры – концевые участки хромосом,
обеспечивают стабильность структуры и
ограничивают число клеточных делений

15. Свойства хромосом (правила)

Индивидуальность
– различие
негомологичных хромосом
Парность – образование пар гомологичных
хромосом (папа и мамы)
Постоянное число – всегда одно и тоже
количество хромосом (характерное для
вида) в соматических клетках
Непрерывность – репродукция хромосом и
передача наследственной информации при
делении клетки

16. Кариотип и идиограмма

Аутосомы (соматичееские) и
гетерохромосомы (половые )
Кариотип – совокупность признаков
диплоидного набора хромосом соматических
клеток (Г.А. Левитский, 1924)
22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом
Соматические клетки – диплоидные
Половые клетки – гаплоидные
Идиограмма – систематизированное
расположение хромосом попарно в порядке
убывания их величины (С.Г. Навашин)

17. Классификация хромосом

Денверская
1960 – по величине и форме
Парижская , 1971 – по дифференциальной
окраске (в каждой хромосоме выявляется
характерный порядок чередования светлых
и темных сегментов)

18. Денверская классификация

Группы
Номер
хромосомы
Морфологическая
характеристика
А
1-3
Крупные метацентрические
В
4-5
Крупные субметацентрические
С
6-12, X
Средние метацентрические и
субметацентрические
D
13-15
Средние акроцентрические
E
16-18
Малые субметацентрические
F
19-20
Малые метацентрические
G
21-22, Y
Малые акроцентрические

19. Жизненный цикл клетки

или клеточный цикл, – это промежуток времени, в
течение которого клетка существует как единица,
т. е. период жизни клетки. Он длится от момента
появления клетки в результате деления ее
материнской и до конца деления ее самой, когда
она дает начало двум дочерним клеткам
У эукариот выделяют периоды (или фазы): G1 (gap промежуток), S (synthesis - синтез), G, M (mitosis митоз)
Фазы G1 может наступать фаза G0 – клетка
дифференцируется.

20.

Фаза
Название
Морфологическая и функциональная
характеристика
G1
пресинтетический
Рост клетки, синтез РНК, белков,
построение органелл, увеличивается
количество цитоплазмы
S
синтетический
Удвоение ДНК путем репликации. Каждая
хромосома становится состоящей из двух
хроматид. гистоны синтезируются в
большом количестве
G2
постсинтетический
Клетка готовится к делению(митозу),
продолжает расти, активно идет синтез
АТФ, удваиваются центриоли
M
клеточного
деления
деление клеточного ядра – кариокинез,
деление цитоплазмы – цитокинез.
Завершение цитокинеза знаменует
завершение жизненного цикла данной
клетки и начало клеточных циклов двух
новых клеток
G0
период покоя
Дифференциация, может вернуться к
обычному циклу. В фазу входят
стареющие клетки
Фазы G0, G1, S, G2 вместе формируют интерфазу - I.

21. МИТОЗ

Главный
способ деления соматических
клеток
Точное, равномерное распределение
генетического материала материнской
клетки, сохранение постоянства хромосом
Каждому митозу предшествует интерфаза

22. Профаза

Конденсация и спирализация хромосом.
Ядерная мембрана растворяется, ядрышко исчезает
Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки
Формируется ахроматиновая фигура, похожая на веретено
Каждая хромосома удваивается – образуются 2 хроматиды,
которые удерживаются центромерой

23. Метафаза

Хромосомы
расположены по экватору
клетки
Хромосомы имеют вид толстых
образований, хорошо различимы
Завершается формирование веретена
деления
Хромосомы прикрепляются к нитям
веретена с помощью центромер
Хроматиды удерживаются вместе, но их
плечи разъединяются

24. Анафаза

Разделение
хромосом в области
центромеры – каждая сестринская
хроматида имеет собственную центромеру
Синхронное расхождение гомологичных
хромосом к противоположным полюсам
веретена деления

25. Телофаза

Хромосомы
достигают полюсов,
вытягиваются и деспирализуются
Короткий интеркинез, цитокинез с
образованием перетяжки, разделяющей
материнскую клетку на две дочерние

26. РАЗМНОЖЕНИЕ

Способность
особи производить себе
подобных, то есть давать потомство
Необходимое условие существования
видов, преемственности поколений

27. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАЗВИТИЯ

Наследственность
– обеспечивает
тождество между родителями и
потомками, сохраняя непрерывность
жизненного пути
Рост – механизм, восстанавливающий
дефинитивное состояние особей
Развитие - процесс, свойственный не всем
организмам, у примитивных живых
существ этого признака нет
N.B.! Дефинитивный – окончательно установленный

28. ВИДЫ РАЗМНОЖЕНИЯ

Бесполое
– сохраняется генетическая
идентичность. Начало новому организму
дают соматические (телесные) клетки
(диплоидные)
Половое – проявляется генетическое
разнообразие. Начало новому дают
специализированные половые
(гаплоидные) клетки-гаметы

29. БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ. ТИПЫ

Митотическое – наиболее распространенный способ
репродукции клеток, свойственен много- и
одноклеточным организмам
Простое деление – характерно для прокариотических
клеток
Шизогония – множественное деление, редкая форма,
характерная для простейших
Почкование – наружное и внутреннее. Наружное – почка
образуется на поверхности клеток. Внутреннее –
отделение изнутри, перед тем как отделится почка
поступает в специальную полость внутри материнской
клетки, затем выводится наружу (характерно для
инфузорий)
Спорообразование – форма типичная для простейших
Вегетативное – начало новому дают группы клеток или
многоклеточные зачатки, иногда участки тела родителя
(например, кишечно-полостные, губки, кольчатые
черви)

30. ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ. ТИПЫ

Доминирующий тип размножения
Эволюционно более выгодная форма
С участием половых клеток - гамет
Гаметы – высокоспециализированные клетки
Функция половых клеток – осуществлять
перенос в закодированном виде генетической
информации от родителей к потомкам.
Обеспечивают формирование зиготы.
Реализуют
механизм наследственности

31. ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

Тип гамет
Характеристика
Мужские
Сперматозоиды
Спермии
Способны к различным движениям
Женские
Яйцеклетки.
Овоциты, яйцевые клетки
Неподвижны, имеют оболочки.
Включают питательные вещества.
Необходимые для развития зародыша

32. Овогенез

Стадии
Характеристика
Генетический
материал
Размножение
Митотическое деление диплоидных
первичных половых клеток –
овогонии. В период эмбриогенеза, в
яичниках между 3 и 7 мес.
внутриутробного развития до 3 года
жизни
Митотическое деление.
4 клетки, диплоидный набор
хромосом (2n)
Рост
С периода полового созревания (для
создания в половой клетке запасов
питательных веществ). Увеличивается
размер клеток, образуются овоциты I
порядка, происходит репликация ДНК
увеличиваются фолликулы
Число хромосом не меняется
Созревание
В результате 1-го деления образуются
крупный овоцит II порядка и мелкий
первичный полоцит). 2-ое деление –
(происходит в ходе оплодотворения) образуется крупная зрелая
яйцеклетка и вторичный мелкий
полоцит. Полоциты далее не
участвуют.
Два мейотических делений. 4
клетки (1 полноценная
женская гамета и 3 мелких
полоцита), гаплоидный набор
хромасом (c1n)

33.

Яйцеклетки
округлой формы, имеет оболочку, ядро с
гаплоидным набором хромосом – пронуклеус,
овоплазма (с включениями, необходимыми для
развития зародыша)
Оболочки яйцеклеток
Первичная – желточная вырабатывается самой
яйцеклеткой. Представлена тонкой
цитоплазматической мембраной. Придает
яйцеклетке определенную форму.
Вторичная – продукт деятельности фолликулярных
(питающих)
Третичная – образуется в период движения
яйцевых клеток по половым путям за счет секретов
полового тракта

34.

Изолецитальные – мелкие, очень небольшое количество
желточных включений, относительно равномерно
распределены в цитоплазме. Ядро занимает
центральное положение в клетке (примеры, моллюски,
иглокожие, ланцетники, млекопитающие)
Телолецитальные – крупные, богатые желтком,
включения неравномерные, большая часть в одной
полусфере. Где образуется вегетативный полюс клетки.
Ядро в противоположной бедной желтком зоне –
анимальный полюс. Различают умеренно
телолецитальные (у амфибий) и резко телолецитальные
(у птиц)
Центролецитальные – ядро имеет центрально положение,
вокруг желточного зерна. Поврехностные слои
цитоплазмы свободны от желтка и перед
оплодотворением сюда мигрирует ядро (яйцеклетки
членистоногих)

35.

СПЕРМАТОГЕНЕЗ
Стадии
Характеристики стадий
Генетический материал
Размножение
В канальцах семенников, на
протяжении всего периода половой
зрелости. Митотическое деление
диплоидных первичных половых
клеток - сперматогоний
Митотическое деление. 4
клетки, диплоидный набор
хромосом (2n)
Рост
Увеличивается размер клеток,
образуются сперматоциты I порядка,
происходит репликация ДНК
Число хромосом не меняется
Созревание
Происходит мейоз – два
последовательных клеточных деления
с образованием сначала
сперматоцитов II порядка , а затем сперматидов
Два мейотических делений
(редукционное и
эквационное). 4 клетки,
гаплоидный набор хромосом
(c1n)
Формирование
Созревание половых клеток – зрелые
сперматозоиды. Ядро и цитоплазма
уплотняется. Образование жгутика –
специального органоида движения.
Общий размер уменьшается.
Изменяется форма
(c1n)

36. Строение сперматозоидов

Состоит
из головки, шейки и хвоста
Головка – ядро с гаплоидным набором
хромосом, узкий ободок цитоплазмы, в ее
апикальной части имеется акросома
Акросома в последующем растворяет
оболочку яйцеклетки за счет
гиалуронидазы
Шейка – содержит центриоли ,
митохондрии и базальное тельце, от
которого начинается осевая нить аксонема

37. Мейоз

Главное
событие гаметогенеза
Процесс, в результате которого незрелые
диплоидные половые клетки с набором
диплоидным хромосом (2n) превращаются в
зрелые гаметы с гаплоидным набором
хромосом (1n)
Характерно два последовательных деления:
Редукционное – возникают гаплоидные клетки
Эквационное (уравнительное) – увеличивается
количество гаплоидных клеток
Стадии: профаза, метафаза, анафаза,
телофаза

38.

I мейотического деления
Лептотена – увеличение ядра клетки. Начало спирализации
хромосом. Видны тонкие нити в нуклеоплазме
Зиготена – хромосомы хорошо контурированы. Гомологичные
хромосомы сближаются (конъюгируют) и образуют пары –
биваленты
Пахитена – каждая хромосома в биваленте делится на две
четкие хроматиды, в результате формируют тетрады.
Происходит кроссинговер – обмен участками хроматид
гомологичных хромосом
Диплотена – гомологичные хромосомы расходятся в область
центромер. Связь в точках перекреста (хиазмы) сохраняется
Диакинез – ядерная оболочка исчезает, гомологичные
хромосомы отходят друг от друга, удерживаются в точках хиазм.
Миграция центриолей к полюсам, разрушение ядрышек и
ядерной мембраны, образований нитей веретена
!!! Диктиотены – хромосомы приобретают особую
морфологическую форму, прекращают дальнейшие структурные
изменения до достижения репродуктивного возраста

39. I мейотическое деление

Метафаза I деления – хромосомы объединенные в
биваленты выстраиваются в экваториальной
области
Анафаза I деления – между гомологичными
хромосомами ослабляются связи и они отходят
друг от друга к разным полюсам веретена деления
. У каждого полюса гаплоидный набор хромосом,
но каждая хромосома состоит из двух хроматид
Телофаза I деления - формируются две клетки с
гаплоидным набором хромосом, каждая содержит
удвоенное количество ДНК.
Формула генетического материала – n 2c

40. Эквационное деление мейоза

II мейотическое деление
Предшествует короткая интерфаза, отсутствует синтетический
период и не происходит репликации ДНК
Напоминает митоз. Но! Клетки имеют гаплоидный набор
хромосом
Профаза II деления– разрушение ядрышек и ядреной
мембраны, укорочение хромосом, перемещение центриолей к
противоположным полюсам клетки, появление веретена
деления
Метафаза II деления– хромосомы выстраиваются по экватору
Анафаза II деления– центромеры делятся к противоположным
полюсам клетки по веретену деления расходятся хроматиды от
одной хромосомы
Телофаза II деления– деспирализация хромосом, исчезают нити
веретена, образуется ядерная мембрана, делится цитоплазма

41. Биологическое значение мейоза

Образование
4 дочерних клеток из 1
родительской
Гаплоидный набор хромосом – постоянство
набора хромосом
Генетическое разнообразие гамет, что
обеспечивает комбинативную
изменчивость организмов
Формирование пола – сперматогенез с
разными половыми хромосомами (X и Y)

42. Оплодотворение

Мужской
пронуклеус + женский пронуклеус
n2c при их слиянии = 2n4c – зигота
Затем деление митозом с образованием 2
клеток – бластомеры 2n2c
/
http://1abort.ru/2010/04/fotografii-vnutriutrobnogo-razvitiya

43. Онтогенез

Полный
цикл индивидуального развития
каждой особи, в основе которого лежит
реализация наследственной информации
на всех стадиях существования в
определенных условиях внешней среды
Начинается с образованием зиготы и
заканчивается смертью
Периоды: эмбриональный и
постэмбриональный

44. Стадии эмбрионального периода

Дробление зиготы – ряд последовательных
митотических делений зиготы и затем
бластомеров. Особенности – малые размеры
зародышевых клеток
Образование бластулы – полое образование
различной формы, состоит из бластодермы и
бластоцели. Типы бластул
Гаструляция – образование из однослойного
зародыша многослойного (2-х или 3-х). Типы
гаструляции
Гистогенез и органогенез – образование из
эктодермы эпидермиса кожи, ногтей, волос,
сальных желез, нервной системы; энтодермы –
эпителий пищевода, желудка, кишечника, трехей;
мезодермы – гладкая мускулатура, скелетные и
сердечная мышца, кости и хрящи, кровь, почки

45. Дробление

Полное
- зигота полностью делится на
бластомеры. Равномерное (синхронное) –
для организмов с изолецитальными
яйцеклетками и неравномерное
(асинхронное) – телолецитальными
яйцеклетками.
Неполное (меробластическое).
Дискоидальное и поверхностное

46. Критические периоды (П.Г.Светлов, 1960)

Имплантация
– 6-7 сутки после зачатия –
внедрение зиготы в стенку матки
Плацентация – конец 2-й недели
беременности - образование у эмбриона
плаценты
Натальный период (роды) – переход плода
из водной в воздушную среду через 9
месяцев после зачатия
Действие
неблагоприятных факторов тератогенов