|
Тема лекции: «Биология клетки.
Строение эукариотической клетки»
В современной биологической литературе имеются различные варианты определения «Клетка - …». Одно из них: «Клетка – это живая открытая биологическая система, способная к саморегуляции, само-обновлению и самовоспроизведению».
Под саморегуляцией понимают способность клетки самосто-ятельно регулировать собственный метаболизм веществ, начиная с поступления их в клетку, затем превращения веществ в ходе реакций ассимиляции и диссимиляции, заканчивая выведением из клетки продуктов обмена.
Самообновление – это способность клетки восстанавливать свои собственные структуры, утраченные в процессе жизнедеятельности. Продолжительность жизни различных клеток может составлять дни, месяцы, годы. В течение этого времени часть органоидов разрушаются (аутофаголизосомы) и возникает потребность в их возобновлении.
Самовоспроизведение определяется способностью клетки к делению. Большинство клеток многоклеточного организма способны образовывать новые дочерние клетки. Увеличение количества клеток и увеличение их объема обусловливают рост организмов, а согласованная функция отдельных клеток обеспечивает жизнедеятельность всего организма. Следовательно, чтобы понять закономерности жизнедеятельности всего организма, надо знать закономерности жизнедеятельности отдельной клетки.
В настоящее время описаны около 200 различных клеток в организме человека, и все они входят в состав 4-х тканей: эпителиальной, мышечной, нервной и соединительной.
Основные признаки эукариотической клетки
Признак | Строение и организация |
ДНК | Имеет линейную структуру и связана в различными белками, в ядре образуют хроматиновые нити. |
Мембраны | Плазмолемма и мембраны органоидов имеют сход-ное строение: бислой фосфолипидов и встроенные в него белки, которые выполняют различные функции. |
Дыхание | Аэробное дыхание происходит в митохондриях. |
Органоиды | Являются динамическими структурами и могут уве-личиваться или уменьшаться в размерах, располага-ются в клетках не хаотично; каждый компонент за-нимает определенное место в клетке для выполнения специализированной функции. |
В каждой клетке можно выделить три основных компонента:
- плазмолемму
- цитоплазму
- ядро
I.Плазмолемма
В составе плазмолеммы входят:
- мембранный комплекс (бислой липидой и встроенные в него белки)
- надмембранный комплекс (гликопротеины и гликолипиды)
- субмембранный комплекс (микротрубочки, мио- и микрофиламенты)
Рис. Компоненты плазматической мембраны.
А — холестерин;
В — олигосахарид в составе ликопротеина на наружной поверхности;
С и D — интегральные белки;
Е — молекулы фосфолипидов;
F — хвосты жирных кислот в составе фосфолипидов;
G — полярные головки фосфолипидов;
Н — периферический белок
Функции плазмолеммы:
1. Ограничение и обособление клеток. Обособлениеклеток от межклеточной среды обеспечивается плазматической мембраной, защищающей клетки от механического и химического воздействий. Плазматическая мембрана обеспечивает также сохранение разности концентраций метаболитов и неорганических ионов между внутриклеточной и внешней средой.
2. Контролируемый транспорт веществ и ионов определяет внутреннююсреду клетки и обеспечивает подержание внутри-клеточного гомеостаза.
3. Восприятие внеклеточных сигналов (рецепторная функция)и их передача внутрь клетки.
4. Контактное взаимодействие с межклеточным матриксом и взаимодействие с другими клеткамипри слиянии клеток и образовании тканей.
6. Соединение с элементамицитоскелета обеспечивает поддер-жание формы клеток и движение гиалоплазмы внутри клетки.
Учитывая разнообразия веществ, которые должны поступать или выводиться из клетки, существуют различные механизмы транспорта. С основы разделения механизмов положены следующие принципы: наличие или отсутствие переносчика, использование для транспорта АТФ (транспорт без затрат АТФ – пассивный, с затратами АТФ – активный), изменение конформации мембраны
Транспорт веществ | |||
Непосредственный (без переносчика)
| Опосредованный (с переносчиком)
| С изменением конформации мембраны | |
Диффузия (без затрат АТФ) | Облегченная диффузия (без затрат АТФ) | Активный (с затратами АТФ) |
|
О2, СО2, Неполярные в-ва | -ионные каналы (К, Са, Cl) - водные каналы | Белки-перенос- чики (Na-K-насос) | Эндоцитоз Экзоцитоз |
Эндоцитоз – процесс транспорта в клетку макромолекул, жидко-стей или частиц (бактерии, остатки клеток). Различают механизмы эндоцитоза: пиноцитоз, фагоцитоз и опосредованный рецепторами эндоцитоз.
Последний характеризуется следующим:
- осуществляется через образование окаймленных пузырьков (вокруг поглощаемого вещества образуется оболочка из белка кластрина)
- в области эндоцитозных ямок располагаются рецепторы к специфическому веществу
Таким способом в клетки проникают иммуноглобулины, факторы роста клеток, ЛНП, вирусы.
Экзоцитоз – процесс, при котором внутриклеточные пузырьки, содержащие ферменты, гормоны или другие биологически активные вещства, сливаются с плазмолеммой, и их содержимое выводится из клетки.
Связь с клиникой.
1. Рецепторы гистосовместимости (переливание крови, трансплантация
органов).
2. Нарушение структуры белков-рецепторов.
3. Контактное торможение роста клеток (опухолевые клетки).
4. Нарушение транспорта ЛНП в клетки (развитие атеросклероза)
II. Цитоплазма
Цитоплазма – внутреннее содержимое клетки за исключением ядра. В состав цитоплазмы входят: гиалоплазма, органоиды клетки и включения.
Классификация органоидов по строению
Мембранные | Немембранные | |||
Одно- | Двух- | |||
Гр ЭПС гл ЭПС комплекс Г. лизосомы пероскисомы
| митохондрии
| Рибосомы | Микротрубо- ки | Филаменты |
- центриоли - веретено деления - реснички и жгутики | - микро- (актин) - микро- (миозин) |
Микротрубочки и филаменты
формируют цитоскелет клетки
Функции цитоскелета:
Лизосомы
Лизосомы — это органеллы диаметром 0,2-2,0 мкм, окруженные простой мембраной, способные принимать самые разные формы. Обычно на клетку приходится несколько сотен лизосом. Функция лизосом заключается в разрушении веществ или частиц, поступивших в клетку, или разрушении собственных клеточных компонентов. Это достигается за счет присутствия в лизосомах около 40 типов различных расщепляющих ферментов — гидролаз с оптимумом действия в кислой области. Главный фермент лизосом — кислая фосфатаза. В мембране лизосом находятся АТФ-зависимые протонные насосы вакуольного типа. Они обогащают лизосомы протонами, вследствие чего для внутренней среды лизосом рН 4,5-5,0 (в то время как в цитоплазме рН 7,0-7,3). Лизосомные ферменты имеют оптимум рН около 5,0, т. е. в кислой области. При рН, близких к нейтральным, характерным для цитоплазмы, эти ферменты обладают низкой активностью. Очевидно, это служит механизмом защиты клеток от самопереваривания о том случае, если лизосомный фермент случайно попадет в цитоплазму.
Первичные лизосомы образуются в аппарате Гольджи.
Вторичные лизосомы (фаголизосомы) образуются при слиянии лизосомы с фагосомой (осуществляется переваривание веществ, захваченных клеткой извне) или органоидом клетки (аутофаголизосома). Лизосомы, содержащие непереваренный материал, называют остаточные тельца.
Первичные лизосомы образуются в аппарате Гольджи.
Связь с клиникой.
1.При гипоксии клеток (наложение жгута, синдром длительного сдавления) происходит активизации лизосом.
2. Некоторые редко встречающиеся заболевания связаны с гене-тическими дефектами лизосомных ферментов, так как эти ферменты участвуют в расщеплении гликогена (гликогенозы), липидов (липидозы) и протеогликанов (мукополисахаридозы). Продукты, которые не могут участвовать в метаболизме из-за дефектов или отсутствия соответствующих ферментов, накапливаются в остаточных телах, что приводит к необратимому повреждению клеток и как результат к нарушению функций соответствующих органов.
Пероксисомы
Пероксисомы - клеточные органеллы диаметром ~0,5 мкм, имеющиеся во всех эукариотических клетках и состоящие из одинарной мембраны происходящей и из гладкого эндоплазматического ретику-лума. Пероксисомы не содержат ДНК; все белки приходят из цитозоля.
Пероксисомы содержат окислительные ферменты (каталаза, уратоксидаза, оксидаза-D-аминокислот) в высокой концентрации.
Наряду с митохондриями являются главным местом утилизации O2. Фермент пероксисом пероксидаза катализирует реакцию RH2+O2 = R+H2O2. Фермент каталаза катализирует реакцию H2O2+RH2 = R+2H2O, окисляя фенолы, муравьиную кислоту, формальдегид и спирты. При накоплении H2O2 происходит распад перекиси: H2O2 = 2H2O+O2.
В пероксисомах происходит окисление жирных кислот, с образованием ацетил-CoA, который переходит в цитозоль для повторного использования в метаболических реакциях.
Митохондрии
Митохондрии являются «силовой станцией» клетки, поскольку за счет окислительного распада питательных веществ в них синтезируется большая часть необходимого клетке АТФ (АТР). В митохондриях локализованы следующие метаболические процессы: превращение пирувата в ацетил-КоА, цитратный цикл; дыхательная цепь, сопряженная с синтезом АТФ (сочетание этих процессов носит название «окислительное фосфорилирование»); расщепление жирных кислот путем β-окисления и частично цикл мочевины. Митохондрии также поставляют клетке продукты промежуточного метаболизма и действуют наряду с ЭР как депо ионов кальция, которое с помощью ионных насосов поддерживает концентрацию Са2+ в цитоплазме на постоянном низком уровне.
Митохондрии являются главными потребителями кислорода в организме. Кислородная недостаточность (гипоксия) как результат недостаточного снабжения крови кислородом (ишемия) является причиной повреждения тканей вплоть до некроза. Первым признаком гипоксии является набухание митохондрий.
Учитывая то, что митохондрии в значительной степени обеспечивают энергетический обмен клетки, поэтому любое нарушение в них неизбежно отрицательно скажется на основных функциях организма. Нарушения генома ДНК митохондрий являются причиной митохондриальных наследственных болезней человека. Эти болезни наследуются по материнской линии, поскольку в зиготе оказываются митохондрии из яйцеклетки (митохондрии сперматозоида не попадают в оплодотворенную яйцеклетку). Митохондриальные болезни могут проявиться на разных стадиях индивидуального развития. Одним из опасных заболеваний, которое проявляется сразу после рождения, является метаболический ацидоз (рН в клетках изменяется в кислую сторону), связанный с накоплением молочной кислоты. Дефектные митохондрии могут только ограниченно использовать продукт гликолиза (пировиноградную кислоту) в цикле Кребса, а значительная часть которого в цитоплазме превращается в молочную кислоту.
Реснички и жгутики.
Жгутик у человека имеют только сперматозоиды. При патологии жгутиков возникает неподвижность сперматозоидов, что является одной из причин бесплодия.
Реснички присутствуют в эпителиальных клетках воздухопро-водящих путей и половых органов. Неподвижность ресничек маточных труб может привести к бесплодию у женщин.
Включения
Включения – временные и необязательные структуры клетки. Могут возникать в клетках как в норме, так и при патологических процессах. Появление включений в клетках может служить маркером (признаком), на основании которого ставиться диагноз.
Трофические включения (липиды, гликоген). Жировые включения в клетках печени при хроническом алкоголизме, увеличение зерен гликогена в эпителии почечных канальцев при сахарном диабете.
Секреторные включения – мембранные пузырьки, содержащие ферменты, гормоны, слизь.
Экскреторные включения – содержат продукты обмена веществ, которые подлежат удалению из клетки.
Пигментные включения: экзогенные (частицы пыли, красители) и эндогенные (гемоглобин, гемосидерин – накапливается при геломизе эритроцитов, билирубин, меланин, липофусцин – при старости, длительном голодании, при хронических заболеваниях сердца).
«Молекулярно-генетический уровень организации живого. Поток информации, вещества и энергии в клетке»
Вопросы для самостоятельной подготовки:
1. Клетка как открытая система. Поток вещества, энергии и информа-
ции в эукариотической клетке.
2. Обмен веществ в живых организмах. Классификация организмов по
способу питания и пути получения энергии. Эволюция типов мета-
болизма.
3. Химическая организация генетического материала. Строение нукле-
иновых кислот. Уникальные и повторяющиеся последовательности
ДНК, их функциональное значение.
4. Ген – функциональная единица наследственности. Особенности
структурной организации гена. Функциональные группы генов.
Свойства генов.
5. Кодирование и реализация наследственной информации. Этапы био-
биосинтеза белка (транскрипция, посттранскрипционные процесссы,
трансляция, посттрансляционные процессы).
6. Оперон. Регуляция активности структурных генов.
7. Репликация ДНК: принципы, ферментативные системы, механизмы
контроля репликации ДНК. Значение репликации ДНК в процессах
онтогенеза организма и при смене поколений.
8. Репарация ДНК как механизм поддержания генетического гомеоста-
за. Виды репарации.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 217 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
В наушниках играла Lana Del Rey. | | | 1. Основные положения теории саморегуляции паразитарных систем. |