Структурно-функциональная организация клетки

2. Структурно-функциональная
организация клетки
• 1. Методы изучения клетки.
• 2 Клеточная теория.
• 3 Строение клетки. Органоиды и их
функции.
• а) Двумембранные органеллы
• Б) Одномембранные органеллы
• В) Немембранные органеллы
• Один из методов изучения клетки - микроскопирование.
Современный световой микроскоп увеличивает объекты в
3000 раз и позволяет увидеть наиболее крупные органоиды
клетки, наблюдать движение цитоплазмы, деление клетки.
Изобретенный в 40-е гг. XX в. электронный микроскоп дает
увеличение в десятки и сотни тысяч раз.. При помощи
такого микроскопа удалось изучить строение органоидов
клетки.
Строение и состав органоидов клетки изучают с помощью
метода центрифугирования.. Метод основан на том, что
различные клеточные ор ганоиды имеют разную массу и
плотность. Более плотные органоиды осаждаются в
пробирке при низких скоростях центрифугирования, менее
плотные - при высоких. Эти слои изучают отдельно.
Широко используют метод культуры клеток и тканей,
который состоит в том, что из одной или нескольких клеток
на специальной питательной среде можно получить группу
однотипных животных или растительных клеток и даже
вырас тить целое растение.
Клеточная теория
• В 1838-1839 гг. немецкие биологи М.
Шлейден и Т. Шванн обобщили знания о
клетке и сформулировали основное
положение клеточной теории, сущность
которой заключается в том, что все
организмы, как растительные, так и живот
ные, состоят из клеток.
В 1859 г. Р. Вирхов описал процесс деления
клетки и сформулировал одно из важнейших
положений клеточной теории: "Всякая клетка
происходит из другой клетки".
Открытие российским ученым К. Бэром в
1826 г. яйцеклеток млекопитающих привело к
выводу, что клетка лежит в основе развития
многоклеточных организмов.
• Современная клеточная теория включает
следующие положения:
1) клетка - единица строения и развития всех
организмов;
2) клетки организмов разных царств живой природы
сходны по строению, химическому составу, обмену
веществ, основным проявлениям жизнедеятельности;
3) новые клетки образуются в результате деления
материнской клетки;
4) в многоклеточном организме клетки образуют
ткани;
5) из тканей состоят органы.
Органеллы клетки и их функции
• В клетке различают три основные части:
плазматическую мембрану, ядро и цитоплазму (рис
1).
Плазматическая мембрана отделяет клетку и ее
содержимое от окружающей среды. На рисунке 2 вы
видите: мембрана образована двумя слоями липидов,
а белковые молекулы пронизывают толщу мембраны.
Основная функция плазматической мембраны
транспортная. Она обеспечивает поступление
питательных веществ в клетку и выведение из нее
продуктов обмена.
Важное свойство мембраны - избирательная
проницаемость
строение клетки.
строение клетки
•
Двумембранные органеллы.
• К двумебранным органеллам относятся пластиды и
митохондрии и ядро
• Главная функция ядра - хранение и передача
наследственной информации - связана с
хромосомами. Каждый вид организма имеет свой
набор хромосом: определенное их число, форму и
размеры.
Все клетки тела, кроме половых, называются
соматическими (от греч. сома - тело). Клетки
организма одного вида содержат одинаковый набор
хромосом. Например, у человека в каждой клетке
тела содержится 46 хромосом
Соматические клетки, как правило, имеют двойной
набор хромосом. Он называется диплоидным и
обозначается 2n. Так, у человека 23 пары хромосом,
то есть 2n = 46. В половых клетках содержится в два
раза меньше хромосом. Это одинарный, или
гаплоидный, набор. У человека 1n = 23
Пластиды
• .—характерные органеллы клеток
автотрофных эукариотических организмов.
Их окраска, форма и размеры весьма
разнообразны. Различают хло-ропласты,
хромопласты и лейкопласты. Все типы
пластид генетически родственны друг другу,
и одни их виды могут превращаться в другие:
• Хлоропласты имеют зеленый цвет,
обусловленный присутствием основного
пигмента — хлорофилла.
• Хлоропласты ограничены двумя
мембранами — наружной и внутренней (рис.
1.8).
•Рис. 1.8. Схема строения хлоропласта: I —наружная мембрана; 2 —
рибосомы; 3 — Наружная мембрана отграничивает внутреннюю среду
хлоропласта — строму (матрикс).
• В строме содержатся белки, липиды, ДНК (кольцевая молекула),
•РНК, рибосомы и запасные вещества (липиды, крахмальные и белковые зерна)
•а также ферменты, участвующие в фиксации углекислого газа.
•
Наружная мембрана отграничивает
жидкую внутреннюю гомогенную среду
хлоропласта — строму (матрикс). В
строме содержатся белки, липиды, ДНК
(кольцевая молекула), РНК, рибосомы и
запасные вещества (липиды,
крахмальные и белковые зерна) а также
ферменты, участвующие в фиксации
углекислого газа.
• Внутренняя мембрана хлоропласта
образует впячивания внутрь стромы —
тилакоиды
• Именно в мембранах тила-коидов локализованы
светочувствительные пигменты, а также переносчики
электронов и протонов, которые участвуют в
поглощении и преобразовании энергии света.
• Хлоропласты в клетке осуществляют
процесс фотосинтеза.
• Лейкопласты — мелкие бесцветные пластиды
различной формы
• Лейкопласты в основном встречаются в клетках
органов, скрытых от солнечного света (корней,
корневищ, клубней, семян). Они осуществляют
вторичный синтез и накопление запасных
питательных веществ — крахмала, реже жиров и
белков.
• Хромопласты отличаются от других пластид
своеобразной формой и окраской (оранжевые,
желтые, красные). Хромопласты лишены
хлорофилла и поэтому не способны к фотосинтезу.
Митохондрии
• —неотъемлемые компоненты всех
эукариоти-ческих клеток. .\толщиной 0,5
мкм и длиной до 7—10 мкм. \
• Митохондрии ограничены двумя
мембранами — наружной и внутренней
(рис. 1.9). Наружная митохондриальная
мембрана отделяет ее от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана
образует множество впячиваний внутрь
митохондрий — так называемых крист.
На мембране крист или внутри нее
располагаются ферменты, которые
участвуют в кислородном дыхании
Схема строения митохондрии: а — продольный разрез; 6 — схема
трехмерного строения; 1 — внешняя мембрана; 2 — матрикс; 3 —
межмембранное пространство; 4 — гранула; 5 —ДНК; 6 —
внутренняя мембрана; 7 — рибосомы.
• Ограниченное ею внутреннее
содержимое митохондрии {матрикс) по
составу близко к цитоплазме. Матрикс
содержит различные белки, в том числе
ферменты, ДНК (кольцевая молекула),
все типы РНК, аминокислоты,
рибосомы, ряд витаминов. ДНК
обеспечивает некоторую генетическую
автономность митохондрий, хотя в
целом их работа координируется ДНК
ядра. Митохондрии являются
энергетической станцией клетки.
Одномембранные органеллы
• . В клетке синтезируется огромное
количество различных веществ.
Накопление этих веществ и
перемещение их из одной части клетки
в другую либо выведение за ее
пределы происходит в системе
замкнутых цитоплазматических
мембран — эндоплазматической сети,
или эндоплазматическом ретикулуме, и
комплексе Гольджи, составляющих
транспортную систему клеток.
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР).
• . Представляет собой систему мембран,
формирующих цистерны и каналы, соединенных друг
с другом и ограничивающих единое внутреннее
пространство - полости ЭПР.. Различают два вида
ЭПР: шероховатый, содержащий на своей
поверхности рибосомы и гладкий, мембраны
которого рибосом не несут.
Функции:разделяет цитоплазму клетки на
изолированные отсеки, обеспечивая, тем самым
пространствен-ное отграничение друг от друга
множества параллельно идущих различных реакций.
Осуществляет синтез и расщепление углеводов и
липидов (гладкий ЭПР) и обеспечивает синтез белка
(шероховатый ЭПР), накапливает в каналах и
полостях, а затем транспортирует к органоидам
клетки продукты биосинтеза
• 2. Аппарат Гольджи. Органоид, обычно
расположенный около клеточного ядра (в
животных клетках часто вблизи клеточного
центра). Представляет собой стопку
уплощенных цистерн с расширенными
краями, состоит из 4-6 цистерн. Число стопок
Гольджи в клетке колеблется от одной до
нескольких сотен.
Важнейшая функция комплекса Гольджи выведение из клетки различных секретов
(ферментов, гормонов), поэтому он хорошо
развит в секреторных клетках. Здесь
происходит синтез сложных углеводов из
про-стых сахаров, созревание белков,
образование лизосом.
• Лизосомы. Самые мелкие одномембранные
органоиды клетки, представляющие собой
пузырьки диа-метром 0,2-0,8 мкм, содержащие до
60 гидролитических ферментов,. Образование
лизосом происходит в аппарате Гольджи,.
Расщепление веществ с помощью ферментов
называют лизисом, отсюда и название органоида.
Различают: первичные вторичные лизосомы лизосомы, образовавшиеся в результате
слияния первичных лизосом с пиноцитозными
или фагоцитозными вакуолями; в них
происходит переваривание и лизис поступивших
в клетку веществ (поэтому часто их называют
пищеварительными вакуолями):
Иногда с участием лизосом происходит
саморазрушение клетки. Этот процесс называют
автолизом. Обычно это происходит при
некоторых процессах дифференцировки
(например, замена хрящевой ткани кост-ной,
исчезновение хвоста у головастика лягушек
• . Реснички и жгутики. Образованы девятью
сдвоенными микротрубочками, образующими стенку
цилин-дра, покрытого мембраной; в его центре
находятся две одиночные микротрубочки. Такая
структура типа 9+2 характерна для ресничек и
жгутиков почти всех эукариотических организмов, от
простейших до человека.
Реснички и жгутики укреплены в цитоплазме
базальными тельцами, лежащими в основании этих
органоидов. Каждое базальное тельце состоит из
девяти троек микротрубочек, в его центре
микротрубочек нет.
5. К одномембранным органоидам относятся так же и
вакуоли.
• Вакуоли — крупные мембранные
пузырьки или полости в цитоплазме,
заполненные клеточным соком. Вакуоли
образуются в клетках растений и грибов
из пузыревидных расширений
эндоплазматического ретикулума или
из пузырьков комплекса Гольджи. В
меристематических клетках растений
вначале возникает много мелких
вакуолей. Увеличиваясь, они сливаются
в центральную вакуоль, которая
занимает до 70—90% объема клетки и
может быть пронизана тяжами
цитоплазмы (рис. 1.12).
Вакуоль в растительной клетке: 1 — вакуоль;
2 — цитопяаз-матические тяжи; 3 — ядро; 4 — хлоропласты.
• Содержимое вакуолей —клеточный сок. Он
представляет собой водный раствор
различных неорганических и органических
веществ. Большинство из них являются
продуктами метаболизма протопласта,
которые могут появляться и исчезать в
различные периоды жизни клетки.
Химический состав и концентрация
клеточного сока очень изменчивы и зависят
от вида растений, органа, ткани и состояния
клетки. В клеточном соке содержатся соли,
сахара (прежде всего сахароза, глюкоза,
фруктоза), органические кислоты
• Функции вакуолей следующие:
• Вакуоли играют главную роль в поглощении воды
растительными клетками. Вода путем осмоса через
ее мембрану поступает в вакуоль, клеточный сок
которой является более концентрированным, чем
цитоплазма, и оказывает давление на цитоплазму, а
следовательно, и на оболочку клетки. В результате в
клетке развивается тургорное давление,
• В запасающих тканях растений вместо одной
центральной часто бывает несколько вакуолей, в
которых скапливаются запасные питательные
вещества (жиры, белки). Сократительные
(пульсирующие) вакуоли служат для осмотической
регуляции, прежде всего, у пресноводных
простейших, Сократительные вакуоли поглощают
избыток воды и затем выводят ее наружу путем
сокращений.
Немембранные органеллы.
• Клеточный центр.
• В клетках большинства животных, а также
некоторых грибов, водорослей, мхов и
папоротников имеются центриоли.
Расположены они обычно в центре клетки,
что и определило их название (рис .1.13).
Центриоли представляют собой полые
цилиндры длиной не более 0,5 мкм. Они
располагаются парами перпендикулярно
одна к другой (рис. 1.14). Каждая центриоль
построена из девяти триплетов
микротрубочек Основная функция
центриолей — организация микротрубочек
веретена деления клетки.
• Рибосомы — это мельчайшие сферические гранулы
диаметром 15—35 нм, являющиеся местом синтеза
белка из аминокислот. Они обнаружены в клетках
всех организмов, в том числе про-кариотических. В
отличие от других органелл цитоплазмы (пластид,
митохондрий, клеточного центра и др.) рибосомы
представлены в клетке огромным числом: за
клеточный цикл их образуется около 10 млн. штук.
• В состав рибосом входит множество молекул
различных белков и несколько молекул РНК. Полная
работающая рибосома состоит из двух неравных
субъединиц (рис. 1.15).. При объединении в
рибосому малая субъединица ложится одним концом
на один из выступов большой субъединицы. В состав
малой субъединицы входит одна молекула РНК, в
состав большой — три
ПСхема строения рибосомы: 1 — малая субъединица; 2 — иРНК; 3 — тРИК;
4 — аминокислота; 5 — большая субьединица;
б — мембрана эндоплазматической сети; 7 — синтезируемая полипептидная цепь.
• 2. Цитоскелет. Одной из отличительных
особенностей эукариотической клетки
является наличие в ее ци-топлазме
скелетных образований в виде
микротрубочек и пучков белковых волокон.
Элементы цитоскелета, тесно связанные с
наружной цитоплазматической мембраной и
ядерной оболочкой, образуют сложные
переплетения в цитоплазме. Цитоскелет
образован микротрубочками и
микрофиламентами, определяет форму
клетки, участвует в ее движениях, в делении
и перемещениях самой клетки, во
внутриклеточном транспорте органоидов и
отдельных соединений
• . По возможностям географического распространения Homo sapiens является
•
панойкуменным видом, т. е способен обитать на различных участках и в
различных климатических зонах планеты, хотя как биологический вид человек
может обитать только в пределах суши экваториального пояса (в тропиках и
субтропиках) до высоты 3—3,5 км над уровнем моря.
Однако за пределами первоначального ареала он может выжить не благодаря
физиологической адаптации, а с помощью специальных защитных устройств и
приспособлений (отапливаемые жилища, одежда, кислородные приборы и т. д
Выход человека из-под контроля среды начался примерно 10 тыс. лет назад,
когда впервые появились признаки сельского хозяйства. Именно тогда люди
перестали зависеть от ресурсной кормовой базы и начался постепенный рост
их численности, больший, чем предусмотрено законами биосферы.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Что по нашим расчетам и получается:
1690 – 614 млн
1800-й - 895 млн
И сразу за 100 лет скачок почти на миллиард
1900 - 1 млрд 535 млн
1970 – 3 млрд (реально считается где-то 3,7 млрд)
2000 – 5 млрд 375 млн.
2008-й - 6 млрд 716 млн
2009-й - 6 млрд 936 млн
2012-й - 7 млрд 678 млн
2020-й – 10 млрд 750 млн
2025-й – 14 млрд.
2030-й -21 млрд. 500
2035-й – 43 млрд.
2039-й – 215 млрд.
2040-й – схлопывание и все дальше Земля не выдержит
столько людей