Этапы формирования и развития представлений о клетке
- Зарождение понятий о клетке
- 1590г. Братья Янсены (изобретение микроскопа), 1665г. Р. Гук (ввел термин «клетка»), 1680г. А.Левенгук (открыл одноклеточные организмы), 1831г. Р.Броун (открытие ядра).
- 1590г. Братья Янсены (изобретение микроскопа),
- 1665г. Р. Гук (ввел термин «клетка»),
- 1680г. А.Левенгук (открыл одноклеточные организмы),
- 1831г. Р.Броун (открытие ядра).
Этапы формирования и развития представлений о клетке
- Возникновение клеточной теории.
- 1838г. Т.Шлейден (сформулировал вывод: ткани растений состоят из клеток), 1839г. М.Шванн (ткани животных состоят из клеток. Обобщил знания о клетке, сформулировал основное положение клеточной теории : клетки представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ).
- 1838г. Т.Шлейден (сформулировал вывод: ткани растений состоят из клеток),
- 1839г. М.Шванн (ткани животных состоят из клеток. Обобщил знания о клетке, сформулировал основное положение клеточной теории : клетки представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ).
Этапы формирования и развития представлений о клетке
- Развитие клеточной теории.
- 1858г. Р.Вирхов.(утверждал, что каждая новая клетка происходит только от клетки в результате ее деления), 1930г. – создание электронного микроскопа.
- 1858г. Р.Вирхов.(утверждал, что каждая новая клетка происходит только от клетки в результате ее деления),
- 1930г. – создание электронного микроскопа.
Клеточная теория
- клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов;
- клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности;
- каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
- в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены системам регуляции.
Ткани
Практически все ткани многоклеточных организмов состоят из клеток. С другой стороны, слизевики состоят из неразделённой перегородками клеточной массы со множеством ядер. Сходным образом устроена и сердечная мышца животных. Ряд структур организма (раковины, жемчужины, минеральная основа костей) образованы не клетками, а продуктами их секреции.
Слизевики
Слизевики имеют различные размеры (до полуметра в диаметре). Цвет (жёлтый, розовый, красный, фиолетовый) и форму. Слизевики можно принять за обычную плесень, но под микроскопом видно, что их слагают не гифы, а цитоплазма с многочисленными ядрами. Форма слизевиков может меняться; более того, они способны распадаться на отдельные организмы, а затем соединяться вновь. Слизевики способны двигаться: медленно переползая с места на место, они обеспечивают себя питанием. Перемещающуюся массу слизевиков, представляющую собой, по сути, один организм, называют плазмодием .
Слизевики состоят из неразделённой перегородками клеточной массы со множеством ядер.
Вернуться
- Мелкие организмы могут состоять всего лишь из сотен клеток. Организм человека включает в себя 1014 разновидностей клеток. Самая маленькая из известных сейчас клеток имеет размер 0,2 мкм, самая большая – неоплодотворенное яйцо эпиорниса – весит около 3,5 кг. Типичные размеры растительных и животных клеток составляют от 5 до 20 мкм. При этом между размерами организмов и размерами их клеток прямой зависимости обычно нет.
- Слева истреблённый несколько веков назад эпиорнис. Справа – его яйцо, найденное на Мадагаскаре.
Вернуться
Клеточные структуры и их функции.
- Ядро Цитоплазма Поверхностный аппарат Особенности растительных клеток
- Ядро
- Цитоплазма
- Поверхностный аппарат
- Особенности растительных клеток
Поверхностный аппарат клеток
- Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию веществ, клетка должна быть физически отделена от своего окружения. Вместе с тем, жизнедеятельность организма предполагает интенсивный обмен веществ между клетками. Роль барьера между клетками играет поверхностный аппарат клеток, который состоит из :
- Плазматической мембраны;
- Надмембранного комплекса:
- У животных – гликокаликс, У растений – клеточная стенка.
- У животных – гликокаликс, У растений – клеточная стенка.
- У животных – гликокаликс,
- У растений – клеточная стенка.
Состав и строение наружной плазматической мембраны
- Двойной слой липидов ,
- Белки ,
- Углеводы .
Основные функции поверхностного аппарата
- Ограничение внутренней среды клетки, сохранение ее формы,
- Защита от повреждений,
- Рецепторная функция;
- Транспорт веществ через плазматические мембраны
- ( трансмембранный транспорт), Транспорт в мембранной упаковке ( эндоцитоз и экзоцитоз ).
- ( трансмембранный транспорт),
- Транспорт в мембранной упаковке ( эндоцитоз и экзоцитоз ).
Вернуться
Транспорт веществ через плазматические мембраны
- Важной проблемой является транспорт веществ через плазматические мембраны. Он необходим для доставки питательных веществ в клетку, вывода токсичных отходов, создания градиентов для поддержания нервной и мышечной активности. Существуют следующие механизмы транспорта веществ через мембрану:
- диффузия
- осмос
- активный транспорт
Вернуться
Диффузия, осмос
- диффузия обеспечивает перемещение маленьких, незаряженных молекул по градиенту концентрации между молекулами липидов (газы, жирорастворимые молекулы проникают прямо через плазматическую мембрану);
- при облегчённой диффузии растворимое в воде вещество (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды) проходит через мембрану по особому каналу, создаваемому белком-переносчиком;
- осмос (диффузия воды через полупроницаемые мембраны);
Процессы не требуют дополнительной энергии.
Вернуться
Активный транспорт
- активный транспорт - перенос молекул Na + и K+, H+ из области с меньшей концентрацией в область с большей (против градиента концентраций ) посредством специальных транспортных белков.
Процесс требует затраты энергии АТФ
Натрий-калиевый насос
- Обмен осуществляется при помощи специальных белков, образующих в мембране так называемые каналы. На рисунке показана работа такого канала (насоса), обеспечивающего движение ионов натрия и калия через клеточную мембрану.
Натрий-калиевый насос
Внутриклеточная часть белка расщепляет молекулы АТФ. Это обеспечивает выведение из клетки трех ионов натрия и поступление двух ионов калия. Таким образом внутри клетки поддерживается высокая концентрация калия (в 35 раз выше, чем вне клетки) и низкая концентрация натрия (в 14 раз ниже внеклеточной). Это важно для создания электрических потенциалов на мембранах, процесса возбуждения в нервных и мышечных клетках, нормального протекания других внутриклеточных процессов.
Вернуться
Эндоцитоз
- при эндоцитозе мембрана образует впячивания, которые затем трансформируются в пузырьки или вакуоли.
! процесс требует дополнительной энергии
Различают фагоцитоз – поглощение твёрдых частиц (например, лейкоцитами крови) – и пиноцитоз – поглощение жидкостей;
Вернуться
Экзоцитоз
- экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу; из клеток выводятся непереварившиеся остатки твёрдых частиц и жидкий секрет.
! процесс требует дополнительной энергии
Вернуться
Цитоплазма
1 . Основние вещество цитоплазмы – гиалоплазма (существует в 2 формах: золь - более жидкая и
гель – более густая.
2. Органеллы – постоянные компоненты.
3. Включения –временные компоненты.
Свойство цитоплазмы – циклоз (постоянное движение)
Цитоплазма представляет собой водянистое вещество – цитозоль (90 % воды), в котором располагаются различные органеллы , а также питательные вещества (в виде истинных и коллоидных растворов) и нерастворимые отходы метаболических процессов. В цитозоле протекает гликолиз, синтез жирных кислот, нуклеотидов и других веществ. Цитоплазма является динамической структурой. Органеллы движутся, а иногда заметен и циклоз – активное движение, в которое вовлекается вся протоплазма.
Обязательная часть клетки,
заключенная между плазма-
тической мембраной и ядром.
Основные органеллы
- Митохондрии Эндоплазматическая сеть Аппарат Гольджи Пластиды Лизосомы
- Митохондрии
- Эндоплазматическая сеть
- Аппарат Гольджи
- Пластиды
- Лизосомы
- Рибосомы Вакуоли Клеточный центр Органеллы движения
- Рибосомы
- Вакуоли
- Клеточный центр
- Органеллы движения
Вернуться
Митохондрии
- 2 Мембраны Наружная Внутренняя(образует выросты – кристы) Матрикс (внутреннее полужидкое содержимое, включающее ДНК, РНК, белок и рибосомы)
- 2 Мембраны Наружная Внутренняя(образует выросты – кристы)
- Наружная
- Внутренняя(образует выросты – кристы)
- Матрикс (внутреннее полужидкое содержимое, включающее ДНК, РНК, белок и рибосомы)
- Синтез АТФ Синтез собственных органических веществ, Образование собственных рибосом.
- Синтез АТФ
- Синтез собственных органических веществ,
- Образование собственных рибосом.
Внутренняя мембрана сложена в складки, называемые кристами . Возможно, митохондрии некогда были свободнодвижущимися бактериями, которые, случайно проникнув в клетку, вступили с хозяином в симбиоз. Важнейшей функцией митохондрий является синтез АТФ, происходящий за счёт окисления органических веществ.
Митохондрии иногда называют «клеточными электростанциями». Это спиральные, округлые, вытянутые или разветвлённые органеллы, длина которых изменяется в пределах 1,5–10 мкм, а ширина – 0,25–1 мкм. Митохондрии могут изменять свою форму и перемещаться в те области клетки, где потребность в них наиболее высока. В клетке содержится до тысячи митохондрий, причём это количество сильно зависит от активности клетки. Каждая митохондрия окружена двумя мембранами, внутри которых содержатся РНК, белки и митохондриальная ДНК, участвующая в синтезе митохондрий наряду с ядерной ДНК.
Вернуться
Эндоплазматическая сеть
- 1 мембрана образует: Полости Канальцы Трубочки На поверхности мембран – рибосомы
- 1 мембрана образует: Полости Канальцы Трубочки
- Полости
- Канальцы
- Трубочки
- На поверхности мембран – рибосомы
- Синтез органических веществ (с помощью рибосом) Транспорт веществ
- Синтез органических веществ (с помощью рибосом)
- Транспорт веществ
Эндоплазматическая сеть – это сеть мембран, пронизывающих цитоплазму эукариотических клеток. Её можно наблюдать только при помощи электронного микроскопа. Эндоплазматическая сеть связывает органеллы между собой, по ней происходит транспорт питательных веществ. Различают гладкую и шероховатую ЭПС. Гладкая ЭПС имеет вид трубочек, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. В ней осуществляется синтез липидов и углеводов.
Вернуться
Аппарат Гольджи
- Окруженные мембранами полости (цистерны) и связанная с ними система пузырьков.
- Окруженные мембранами полости (цистерны) и связанная с ними система пузырьков.
- Накопление органических веществ «Упаковка» органических веществ Выведение органических веществ Образование лизосом
- Накопление органических веществ
- «Упаковка» органических веществ
- Выведение органических веществ
- Образование лизосом
Аппарат Гольджи представляет собой стопку мембранных мешочков (цистерн) и связанную с ними систему пузырьков. На наружной, вогнутой стороне стопки из пузырьков (отпочковывающихся, по-видимому, от гладкой эндоплазматической сети) постоянно образуются новые цистерны, на внутренней стороне цистерны превращаются обратно в пузырьки. Основной функцией аппарата Гольджи является транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов, в частности, гликопротеина муцина, образующего слизь, а также воска, камеди и растительного клея. Аппарат Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.
Вернуться
Пластиды
Хромопласты
Лейкопласты
Хлоропласты
- 2 мембраны Наружная Внутренняя ( содержащие хлорофилл граны, собранные из стопки тилакоидных мембран ) Матрикс (внутренняя полужидкая среда, содержащая белки, ДНК, РНК и рибосомы)
- 2 мембраны Наружная Внутренняя ( содержащие хлорофилл граны, собранные из стопки тилакоидных мембран )
- Наружная
- Внутренняя ( содержащие хлорофилл граны, собранные из стопки тилакоидных мембран )
- Матрикс (внутренняя полужидкая среда, содержащая белки, ДНК, РНК и рибосомы)
Функции:
- Синтез АТФ Синтез углеводов Биосинтез собственных белков
- Синтез АТФ
- Синтез углеводов
- Биосинтез собственных белков
Пластиды – органеллы, свойственные только растительным клеткам. Они окружены двойной мембраной. Пластиды делятся на хлоропласты , осуществляющие фотосинтез, хромопласты , окрашивающие отдельные части растений в красные, оранжевые и жёлтые тона, и лейкопласты , приспособленные для хранения питательных веществ: белков ( протеинопласты ), жиров ( липидопласты ) и крахмала ( амилопласты ).
Пластиды обладают относительной автономией. Так же, как и митохондрии, образующиеся из предшествующих митохондрий, они рождаются только из родительских пластид. По-видимому, пластиды также произошли от симбиотических прокариот, поселившихся в клетках организма-хозяина миллиарды лет назад.
Вернуться
Лизосомы
- Пузырьки овальной формы (снаружи – мембрана, внутри – ферменты)
- Пузырьки овальной формы (снаружи – мембрана, внутри – ферменты)
Лизосомы представляют собой мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Особенно много лизосом в животных клетках, здесь их размер составляет десятые доли микрометра.
Лизосомы расщепляют питательные вещества, переваривают попавшие в клетку бактерии, выделяют ферменты, удаляют путём переваривания ненужные части клеток. Лизосомы также являются «средствами самоубийства» клетки: в некоторых случаях (например, при отмирании хвоста у головастика) содержимое лизосом выбрасывается в клетку, и она погибает .
- Расщепление органических веществ, Разрушение отмерших органоидов клетки, Уничтожение отработавших клеток.
- Расщепление органических веществ,
- Разрушение отмерших органоидов клетки,
- Уничтожение отработавших клеток.
Вернуться
Немембранные органеллы. Рибосомы
- Малая Большая
- Малая
- Большая
- РНК (рибосомная) Белки.
- РНК (рибосомная) Белки.
- РНК (рибосомная)
- Белки.
- Обеспечивает биосинтез белка (сборку белковой молекулы из аминокислот).
- Обеспечивает биосинтез белка (сборку белковой молекулы из аминокислот).
субъединицы
Рибосомы – мелкие (15–20 нм в диаметре) органеллы, состоящие из
р-РНК и полипептидов. Важнейшая функция рибосом – синтез белка. Их количество в клетке весьма велико: тысячи и десятки тысяч. Рибосомы могут быть связаны с эндоплазматической сетью или находиться в свободном состоянии. В процессе синтеза обычно одновременно участвуют множество рибосом, объединённых в цепи, называемые полирибосомами .
Вернуться
Клеточный центр
- 2 Центриоли ( расположены перпендикулярно друг другу)
- 2 Центриоли ( расположены перпендикулярно друг другу)
- Белковые микротрубочки .
- Белковые микротрубочки .
- Белковые микротрубочки .
- Свойства: способны к удвоению
- Функции:
- Принимает участие в делении клеток животных и низших растений
- Принимает участие в делении клеток животных и низших растений
Почти во всех эукариотических клетках имеются полые цилиндрические органеллы диаметром около 25 нм, называющиеся микротрубочками . В длину они могут достигать нескольких микрометров. Стенки микротрубочек сложены из белка тубулина.
В клетках животных и низших растений встречаются центриоли – мелкие полые цилиндры длиной в десятые доли микрометра, построенные из 27 микротрубочек. Во время деления клетки они образуют веретено, вдоль которого выстраиваются хромосомы. Центриолям по структурам идентичны базальные тельца , содержащиеся в жгутиках и ресничках. Эти органеллы вызывают биение жгутиков. Другая функция микротрубочек – транспорт питательных веществ.
Вернуться
Органеллы движения
- Реснички (многочисленные цитоплазматические выросты на мембране).
- Жгутики (единичные цитоплазматические выросты на мембране).
- Псевдоподии (амебовидные выступы цитоплазмы).
- Миофибриллы (тонкие нити длиной до 1 см.).
Вернуться
Ядро
- Ядро имеется в клетках всех эукариот за исключением эритроцитов млекопитающих. У некоторых простейших имеются два ядра, но как правило, клетка содержит только одно ядро. Ядро обычно принимает форму шара или яйца; по размерам (10–20 мкм) оно является самой крупной из органелл.
Ядро
1. Ядерная оболочка (2 мембранная):
- 1. Ядерная оболочка (2 мембранная):
- Наружная мембрана Внутренняя мембрана .
- Наружная мембрана Внутренняя мембрана .
- Наружная мембрана
- Внутренняя мембрана .
2. Ядерный сок ( бе лки, ДНК, вода, мин. соли).
3. Ядрышко (белок и р-РНК).
4. Хромосомы (хроматин):
- 2. Ядерный сок ( бе лки, ДНК, вода, мин. соли). 3. Ядрышко (белок и р-РНК). 4. Хромосомы (хроматин):
ДНК
Белок.
Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой , которая состоит из двух мембран: наружной и внутренней, имеющих такое же строение, как и плазматическая мембрана. Между ними находится узкое пространство, заполненное полужидким веществом. Через множество пор в ядерной оболочке осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой (в частности, выход и-РНК в цитоплазму). Внешняя мембрана часто бывает усеяна рибосомами, синтезирующими белок.
Под ядерной оболочкой находится кариоплазма (ядерный сок), в которую поступают вещества из цитоплазмы. Кариоплазма содержит хроматин – вещество, несущее ДНК, и ядрышки . Ядрышко – это округлая структура внутри ядра, в которой происходит формирование рибосом.
Ядро
- Регуляция процесса обмена веществ, Хранение наследственной информации и ее воспроизводство, Синтез РНК, Сборка рибосом (рибосомальный белок + рибосомальная РНК)
- Регуляция процесса обмена веществ,
- Хранение наследственной информации и ее воспроизводство,
- Синтез РНК,
- Сборка рибосом (рибосомальный белок + рибосомальная РНК)
Совокупность хромосом, содержащихся в хроматине, называют хромосомным набором . Число хромосом в соматических клетках диплоидное (2 n ), в отличие от половых клеток, имеющих гаплоидный набор хромосом ( n ).
Важнейшей функцией ядра является сохранение генетической информации. При делении клетки ядро также делится надвое, а находящаяся в нём ДНК копируется (реплицируется). Благодаря этому у всех дочерних клеток также имеются ядра.
Вернуться
Пероксисома
- Пероксисомы (микротельца) имеют округлые очертания и окружены мембраной. Их размер не превышает 1,5 мкм. Пероксисомы связаны с эндоплазматической сетью и содержат ряд важных ферментов, в частности, каталазу, участвующую в разложении перекиси водорода.
Пероксисома клетки листа.
В центре её кристаллическое
белковое ядро.
Вернуться
Цитоскелет, микрофиламенты
- Микротрубочки представляют собой достаточно жёсткие структуры и поддерживают форму клетки, образуя своеобразный цитоскелет . С опорой и движением связана и ещё одна форма органелл – микрофиламенты – тонкие белковые нити диаметром 5–7 нм.
Цитоскелет клетки. Микрофиламенты
окрашены в синий, микротрубочки –
в зеленый, промежуточные волокна –
в красный цвет.
Вернуться
Особенности растительных клеток
- В растительных клетках присутствуют все органеллы, обнаруженные в животных клетках (за исключением центриолей). Однако имеются в них и свойственные только для растений структуры.
- Клеточные стенки растений состоят из целлюлозы, образующей микрофибриллы. В клетках древовидных растений слои целлюлозы пропитываются лигнином, придающим им дополнительную жёсткость.
В растительных клетках присутствуют все органеллы, обнаруженные в животных клетках (за исключением центриолей). Однако имеются в них и свойственные только для растений структуры.
Клеточные стенки растений состоят из целлюлозы, образующей микрофибриллы. В клетках древовидных растений слои целлюлозы пропитываются лигнином, придающим им дополнительную жёсткость. Клеточные стенки служат растениям опорой, предохраняют клетки от разрыва, определяют форму клетки, играют важную роль в транспорте воды и питательных веществ от клетки к клетке. Соседние клетки связаны друг с другом плазмодесмами , проходящими через мелкие поры клеточных стенок.
- Клеточные стенки служат растениям опорой, предохраняют клетки
от разрыва, определяют форму клетки, играют важную роль
в транспорте воды и питательных веществ от клетки к клетке.
- Соседние клетки связаны друг с другом плазмодесмами ,
проходящими через мелкие поры клеточных стенок.
Вернуться
Вакуоли
- Вакуоль – наполненный жидкостью мембранный мешочек. В животных клетках могут наблюдаться небольшие вакуоли, выполняющие фагоцитарную, пищеварительную, сократительную и другие функции. Растительные клетки имеют одну большую центральную вакуоль. Жидкость, заполняющая её, называется клеточным соком . Это концентрированный раствор сахаров, минеральных солей, органических кислот, пигментов и других веществ. Вакуоли накапливают воду, могут содержать красящие пигменты, защитные вещества (например, таннины), гидролитические ферменты, вызывающие автолиз клетки, отходы жизнедеятельности, запасные питательные вещества.
Вернуться