Презентация "Строение и функции эукариотической клетки"

Строение и функции эукариотической клетки

Цитология

Цитология (греч. κύτος «клетка» и λόγος – «учение», «наука») – раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

Методы исследования клеток

Микроскопия световая:

Изучает клеточные формы и структуры: ядро, митохондрии, хлоропласты, аппарат Гольджи и т.д. Увеличивает в 1000 раз.

Микроскопия флуоресцентная:

Живые клетки наблюдают в ультрафиолетовом свете. При этом одни компоненты начинают сразу светиться, другие светятся при добавлении специальных красителей. Флуоресцентная микроскопия позволяет увидеть места расположения нуклеиновых кислот, витаминов, жиров.

Микроскопия электронная:

увеличивает до 1 000 000 раз, ⇒ более детально рассматривается структура органоидов клетки.

Методы исследования клеток

Метод центрифугирования

Основан на различной плотности органоидов и при очень быстром вращении органеллы располагаются в растворе слоями в соответствии с плотностью.

Метод клеточных культур – позволяет увидеть рост клеток, наблюдать за размножением, определять влияния различных веществ на клетки, получать клеточные гибриды

Метод рентгеноструктурного анализа определяет пространственное расположение молекул (например, ДНК, белков), входящих в состав клеточных структур

Основными методами изучения организации биологических микрообъектов являются оптическая (А), электронная (Б) и сканирующая зондовая микроскопия (В).

А

Б

А

Б

В

Электронный микроскоп позволяет получать изображение с

увеличением до 10000000 раз, благодаря использованию вместо светового потока пучка электронов

5

Клеточная теория

Изучение клетки связано с открытием микроскопа, в связи с чем стало возможным развитие цитологии

Микроскоп(17век)

Срезы пробки под микроскопом Гука (первое изображение клетки). 1665г.

Роберт Гук

Микроскоп Р. Гука

Изготовил линзы с 150-300-кратным увеличением.

Антон ван Левенгук

Микроскоп А.Левенгука

6

Первые этапы формирования представлений о клетке

III. Развитие клеточной теории:

Р. Вирхов (1858)

доказал, что каждая новая клетка происходит только от клетки в результате ее деления

К. Бэр (1858)

установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки – оплодотворенной яйцеклетки

I. Зарождение понятия о клетке:

Р. Гук (1665)

открытие клетки.

А. Левенгук (1680)

открыл простейших,

спермии, эритроциты.

Роберт Броун

описал ядро в клетках растений.

Ян Пуркинье

описал ядро в

клетках

животных.

II. Возникновение клеточной теории:

Т. Шванн, М.Шлейден (1838)

обобщения знания о клетке, сформулировали основное положение клеточной теории: все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению

Маттиас Шлейден

Карл Бэр

Теодор Шванн

Рудольф Вирхов

7

Современная клеточная теория

включает следующие основные положения:

• Клетка является структурной и функциональной единицей живого, представляющая собой элементарную живую систему. Для неё характерны все признаки живого.
• Клетки всех организмов имеют сходный химический состав и общий план строения.
• Новая клетка возникает в результате деления исходной клетки.
• Многоклеточные организмы представляют собой сложно организованные системы, состоящие из взаимодействующих клеток.
• Сходство клеточного строения свидетельствует о единстве их происхождения.

Животная клетка

Растительная клетка

7

Строение и функции эукариотической клетки

Структурно-функциональные части эукариотической клетки:

2. Цитоплазма

1. Поверхностный

аппарат

3. Ядро

• ядрышки
• хромосомы
• кариоплазма

гиалоплазма

цитоплазматические

структуры

(органоиды и

включения)

плазмалемма

(белки,

липиды)

субмембранный комплекс

(скопление микротрубочек и микрофиламентов цитоскелета под плазмалеммой)

ядрышко

ядро

ЭПС

надмембранный комплекс

(в животной клетке – гликокаликс,

в растительной – целлюлоза – клеточная стенка,

в клетках грибов – хитин)

комплекс Гольджи

плазмалемма

9

Поверхностный аппарат клетки

Основа поверхностного аппарата клеток – наружная клеточная мембрана, или плазмалемма.

В 1972 г. С. Зингер и Г. Николсон (США) сформулировали представление о жидкостно – мозаичном строении клеточных мембран. Согласно этой модели, липиды составляют жидкокристаллический каркас, а белки мозаично встроены в него и могут менять свое положение.

9

9

Поверхностный аппарат клетки

Белки в составе плазмалеммы:

• интегральные белки проходят через всю толщу мембраны,
• полуинтегральные – частично погружаються в неё,
• периферические – располагаться на поверхности мембраны.

Надмембранный комплекс – (гликокаликс)

Глико-протеин

Плазмалемма:

• белки
• липиды

Филаменты цитоскелета

Субмембранный комплекс

Поверхностный аппарат клетки

• Липиды в мембранах представлены

фосфолипидами (содержат фосфатную группу),

• Фосфолипиды состоят из:

• полярной гидрофильной головки и
• двух неполярных гидрофобных хвостов.

При этом головки обращены кнаружи, а неполярные хвосты – внутрь самой мембраны. Этим достигается избирательная

проницаемость для веществ, поступающих в клетку.

11

Поверхностный аппарат клетки

Надмембранный комплекс поверхностного аппарата клеток животных образуют гликолипиды и гликопротеины плазмалеммы – гликокаликс.

Субмембранный комплекс характерен только для эукариотических клеток. Он состоит из разнообразных белковых нитевидных структур: тонких фибрилл (нитей), микрофибрилл и микротрубочек.

Функции поверхностного аппарата:

• разделение содержимого клетки на отдельные ячейки;
• изолирующая, от окружающей среды;
• транспортная, проникновение веществ в клетку и из нее, а также

регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой,

• рецепторная – распознавание клетками разнообразных сигналов.

11

Надмембранный комплекс

Клеточная оболочка

Вид клеток

Надмембранный комплекс

(выполняет защитную функцию)

Клеточная стенка состоит из хитина (полисахарид).

Клетка грибов

Клеточная стенка, состоящая из целлюлозы (клетчатки).

Клетка растений

Клеточная оболочка очень тонкая и эластичная – гликокаликс. Состоит из полисахаридов и белков.

Клетка животных

Цитоплазма –

часть клетки, заключенная между поверхностным аппаратом и ядром

Цитоплазматические структуры

Гиалоплазма – коллоидный раствор – может существовать в двух состояниях:

органеллы

включения:

гранулы белка, капли жиров, молекулы полисахаридов, соли.

геля –

более упругое плотное вещество

общего

специального

значения:

значения

золя –

жидкости

немембранные:

- клеточный

центр

- рибосомы

мембранные

немембранные:

- жгутики

- реснички

двумембранные органоиды:

- митохондрии

- пластиды

одномембранные органоиды:

- эндоплазматическая сеть(ЭПС)

- комплекс Гольджи

- лизосомы

- вакуоли

мембранные:

- пищеварительная

вакуоль

- сократительная

вакуоль

15

Эндоплазматическая сеть

• Структура: система каналов и уплощенных цистерн,

расположенных по всей цитоплазме клетки.

Образует единое целое с наружной мембраной ядра и комплексом Гольджи

Выделяют

агранулярную (гладкую) ЭПС –

рибосом не имеет

• Функции

• синтез липидов и углеводов
• транспорт веществ в комплекс Гольджи

гранулярную (шероховатую) ЭПС – на каналах

шероховатой ЭПС расположены

рибосомы

• Функции

• синтез белков

Гладкая ЭПС

Ядерная оболочка

Шероховатая ЭПС

Рибосомы

16

Аппарат Гольджи – упаковочный центр клетки

Первичные лизосомы от наружной поверхности

• Структура:

Совокупность диктиосом (до сотен и тысяч на одну клетку).

Диктиосома – стопка из 5-15 уплощенных мешочков, по краям которых расположены мелкие пузырьки.

Функции:

• преобразование белков,
• образование первичных лизосом

Секреторные вакуоли

Цистерны

Транспортные пузырьки от ЭПС к внутренней поверхности

Диктиосома

Аппарат Гольджи

16

Эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи

Секреторные вакуоли

Гранулярная эндоплазматическая сеть

Рибосомы

Транспортные пузырьки

Комплекс Гольджи

Экзоцитоз

Цитоплазма клетки

18

Лизосомы

• Структура

• округлые мешочки, стенки лизосом образованы одинарной мембраной
• содержат гидролитические (пищеварительные) ферменты, расщепляющие органические вещества.

• Функции:

• распад отмирающих частей клеток, целых клеток и органов.

Ферменты лизосом синтезируются на рибосомах. По каналам ЭПС поступают к аппарату Гольджи, где формируются первичные лизосомы

Лизосома

Лизосомы

• первичные

• вторичные (у простейших): первичные лизосомы сливаются с пузырьками, образовавшимися в процессе эндоцитоза, образуются вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли).

18

Пероксисомы

• Структура

• одномембранные органоиды,
• содержат окислительные ферменты (каталаза и др.) ,
• содержимое зернистой структуры или кристаллической.

• Функции

• Разложение перекиси водорода под действием фермента каталазы: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2
• окисляют фенолы и спирты
• в клетках печени и почек, пероксисомы обезвреживают ядовитые вещества

18

Вакуоли

• Структура – мешок, образованный одинарной мембраной. Тонопласт – мембрана вакуоли растительной клетки.

Функции вакуолей животной и растительной клетки

Животная клетка (мелкие вакуоли).

Сократительная вакуоль

(характерна для пресноводных

простейших)

• Функции:

• осморегуляция
• выделение конечных продуктов

обмена веществ

• дыхательная (выделение СО2) Пищеварительная вакуоль

• Функция:

- переваривание поглощенных

пищеварительных частиц

Растительная клетка (крупные вакуоли).

Центральная вакуоль с клеточным соком – концентрированный раствор органических кислот, сахаров, метаболитов

• Функции:

• обеспечивает тургор
• накапливает экскреторные вещества (пигменты, алкалоиды)

Растительная клетка

21

Митохондрии

• Структура: округлые крупные органоиды;

• ограничены двумя мембранами, наружной и внутренней;
• наружная митохондриальная мембрана гладкая и отделяет митохондрию от цитоплазмы;
• внутренняя мембрана ограничивает полость митохондрии, ее

матрикс и образует впячивания – кристы;

• в матриксе располагаются кольцевые ДНК, РНК и рибосомы.

• Функции

• окисление органических соединений и использование

освобождающейся при распаде этих соединений энергии в

синтезе АТФ

Матрикс

Кристы

Рибосомы

Гранулы

Внутреняя мембрана

Наружная мембрана

22

22

Пластиды

Хлоропласты –

характерны для растительных клеток. Двумембранные, органеллы. Заполнены стромой, в которой располагаются граны. Граны образованы из мембранных структур – тилакоидов. Имеются ДНК, РНК, рибосомы. Обеспечивают фотосинтез

Лейкопласты –

двумембранные неокрашенные пластиды шарообразной формы. На свету могут переходить в хлоропласты. Запасают питательные вещества в виде крахмальных зерен

Хромопласты –

двумембранные органеллы шаровидной формы. Содержат пигменты: красный, оранжевый, желтый. Придают окраску цветкам, плодам, придают листьям желтую окраску

граны

липидные капли с пигментами

наружная

мембрана

лейкопласт

строма

тилакоиды

23

Теория симбиогенеза

Согласно теории симбиогенеза, митохондрии и хлоропласты – потомки бактерий, вступившие в симбиоз с предками эукариот

3 млрд. лет назад

в атмосфере много СО 2 , мало О 2 ;

анаэробные эукариоты

(О 2 + ядро)

аэробные прокариоты (О 2 )

Симбиоз

аэробные эукариоты (О 2 + ядро)

• В ходе эволюции бактерии превратились в полуавтономные органоиды.
• Они сохранили способность автономно размножаться путем деления.

24

Немембранные органоиды.

Рибосома

• Структура

• Немембранный органоид клетки сферической формы;
• Размеры 15-30 нм;
• Состоит из малой субъединицы и большой субъединицы, Функции
• Биосинтез белка

Малая субъединица

Рибосомы на ЭПС

Большая субъединица

25

Рибосома

Рибосомы представляют собой нуклеопротеид, в составе которого отношение РНК/белок составляет 1:1 у высших животных.

Большая субъединица рибосомы

(голубой цвет- белок, бежевый и желтый РНК)

Малая субъединица рибосомы

26

центриоли

микротрубочка

Цитоскелет – опорно-двигательная система клетки

Обеспечивает изменение формы клетки, разнообразные виды движения. Цитоскелет образован белками, образующих в цитоплазме опорно- двигательную систему.

Элементы цитоскелета эукариот

Микротрубочки – полые цилиндрические образования, стенки которых образованы белком тубулином.

Микрофиламенты

(актиновые филаменты) состоят из белка актина

Промежуточные филаменты – перевитые белковые волокна

Микрофиламенты

Мембрана клетки

27

27

Микротрубочки – полые цилиндрические образования, стенки которых образованы белком тубулином

Микротрубочки образуют:

Реснички – (9х2)+2

Девять двойных

микротрубочек

(дуплетов) образуют стенку цилиндра

в центре которого

2 микротрубочки

Обеспечивают

движение клетки

Базальные тельца – (9х3) находятся в основании ресничек и жгутиков под мембраной и

являются им основой

Жгутики –

(9х2)+2 длиннее ресничек.

Обеспечивают

движение клетки

Центриоли –

девять тройных

микротрубочек-

участвуют в делении хромосом

Мономеры

тубулина

28

Микротрубочки

Клеточный центр

Встречается во всех клетках животных (кроме некоторых видов простейших). Отсутствует у цветковых и низших грибов.

• Структура

• состоит из двух центриолей, расположенных

перпендикулярно друг другу;

• вокруг каждой центриоли расположен бесструктурный, или

тонковолокнистый, матрикс;

• содержат ДНК, способны к самоудвоению;

• Функции

• клеточный центр принимает участие в образовании

веретена деления.

28

Жгутики и реснички

• Структура

• по всей длине жгутика или реснички проходят 20 микротрубочек:

9 периферических дублетов и 2 центральные одиночные;

• длина жгутиков эукариотических клеток до 200 мкм;
• длина ресничек – (10-20 мкм);

1В

• Функция

1А

• служат либо для передвижения всего

организма (у водорослей, ресничных

червей и др.), либо репродуктивных клеток (изогамет, спермиев, зооспор),

и др.)

5

4

3

Схема поперечного среза жгутика эукариот:

1A и 1B - микротрубочки,

2 - центральная пара микротрубочек и центральная капсула

30

Микрофиламенты (актиновые филаменты)

• Структура:

• две цепочки из белка актина, закрученные спиралью;
• сконцентрированы у внешней мембраны клетки

• Функции:

• отвечают за форму клетки;
• способны образовывать выступы на поверхности клетки

(псевдоподии и микроворсинки

• участвуют в межклеточном взаимодействии;
• участвуют вместе с миозином – в мышечном сокращении

микрофиламенты

30

Промежуточные филаменты

• Структура:

• образованы нитевидными белковыми волокнами,

перевитыми попарно или по трое между собой в длинный тяж,

наподобие каната;

• занимают промежуточное положение между микрофиламентами и микротрубочками

• Функции:

• поддерживают форму клетки;
• распределяют органоиды в цитоплазме

Промежуточные филаменты

10 нм

32