Неклеточные формы жизни HTTPS://WWW.YOUTUBE.COM/WATCH?V=GQVYUH8WZP0 HTTPS://WWW.YOUTUBE.COM/WATCH?V=HFESKAVDJMW HTTPS://WWW.YOUTUBE.COM/WATCH?V=OXBOOGVFRC0 Вирусы 1892 г. – Д.И. Ивановский – «фильтруемость» возбудителя табачной мозаики. Вирусы во внешней среде не проявляют признаков жизни! Размеры вирусов: 20-300 нм – мельче, чем бактерии. Строение вируса Вирион – полноценная по строению и инфекционная вирусная частица. Классификация вирусов Репликация вируса Первым делом вирус должен «узнать» клетку, которую будет заражать! (Абсорбция) (Провирус – латентная стадия) Вироид – кольцевая РНК Бактериофаги Бактериофаги/фаги – вирусы, поражающие бактерии. Бактериофаги: 1. Вирулентные 2. Умеренные Проверяем себя Клетка – структурная и функциональная единица живых организмов История открытия клетки Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живого организма, обладающая всеми основными признаками живого. Цитология – наука, изучающая строение клетки и принципы ее жизнедеятельности. 1665 г. – Р. Гук – открытие клетки (ячеистое строение пробки). А. ван Левенгук – открыл одноклеточные организмы (инфузории, амебы, бактерии), наблюдал клетки животных (эритроциты и сперматозоиды). 1825 г. – Я. Пуркине – открыл ядро (яйцеклетка птиц). 1831 г. – Р. Броун – описал ядро в клетках растений. 1833 г. – Р. Броун – «ядро – обязательная часть растительной клетки». 1839 г. Я. Пуркине – «протоплазма» - живое содержимое клетки. Клеточная теория 1838 г. – М. Шлейден – идея, что клетка – основная структурная единица растений. 1839 г. – Т. Шванн – основоположник клеточной теории. Клеточная теория в настоящее время: 1. Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живых организмов, обладающая признаками и свойствами живого. 2. Клетки всех организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности. 3. Клетки образуются путем деления предшествующей материнской клетки. 4. Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах и работа скоординирована и организм представляет собой целостную систему тканей, органов и систем органов. Методы изучения клетки 1. Световая микроскопия 2. Методы фиксации и окрашивания (окрашивание структур клетки) 3. Электронная микроскопия 4. Метод дифференциального центрифугирования (для изучения отдельных органоидов) 5. Методы цито-/гистохимии (изучение различных молекул в составе клетки) 6. Метод радиоактивной метки 7. Метод рентгеноструктурного анализа 8. Метод клеточных культур 9. Метод микрохирургии 10. Замедленная кино-/фотосъемка Строение клетки Многообразие клеток Строение клетки Любая клетка включает: поверхностный аппарат, цитоплазма, ядерный аппарат (ядро) ПОВЕРХНОСТНЫЙ АППАРАТ Структура Особенности организации Функции Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ; плазмалемма) Билипидный слой с погруженными в него белками Барьерная, рецепторная, транспортная, контакт с внешней средой Надмембранный комплекс (гликокаликс) Многослойное образование из полисахаридов Защита клетки, внешний каркас Субмембранный комплекс Микротрубочки и микрофилламенты из белковых субъединиц Связь между мембраной, цитоскелетом и гиалоплазмой Цитоплазматическая мембрана ЦПМ, или плазмалемма Толщина: 10 нм Строение: Билипидный слой, образованный фосфолипидами. Периферические белки связаны с полярными головками, не образуют сплошной слой, связывают ЦПМ с над/субмембранными структурами. Интегральные белки погружены в мембрану или пронизывают ее. Гликокалис – надмембранный комплекс животной клетки. Цитоплазматическая мембрана Функции: 1. Барьерная 2. Рецепторная (раздражимость организмов) В плазмалемме светочувствительных клеток животных – система фоторецептором (родопсин) – световой сигнал превращается в химический – возникновение нервного импульса 3. Транспортная Диффузия – транспорт веществ по градиенту концентрации (без затрат энергии) Облегченная диффузия – с помощью белковпереносчиков (пассивный транспорт) Активный мембранный транспорт – против градиента концентрации, с Е затратами, спец.транспортные белки калиево-натриевая АТФаза: + 1К+ - 3Na+ (аналогично для ионов магний и кальция) Транспорт в мембранной упаковке: эндоцитоз – в клетку, эктоцитоз – из клетки. ЦИТОПЛАЗМА - часть клетки между ЦМП и ядром. Цитоплазма включает в себя: Структура Характеристика Гиалоплазма Внутренняя среда клетки, состоящая из воды, органических и неорганических веществ Цитоскелет (внутриклеточный) Система микротрубочек и микрофиламентов (микронитей), выполняющая опорную функцию и обеспечивающая внутриклеточное движение Органоиды Постоянные клеточные структуры цитоплазмы, выполняющие определенные функции и обеспечивающие процессы жизнедеятельности клетки. Мембранные (одно/двух-) и немембранные. Одномембранные: ЭПР (или ЭПС), КГ (или АГ), лизосомы, вакуоли Двухмембранные: митохондрии, пластиды Немембранные: рибосомы, КЦ, реснички, жгутики Включения Непостоянные образования. Чаще запасные вещества клетки или конечные продукты обмена (капли жира, гранулы (крахмал, гликоген), кристаллы (соли). Гиалоплазма. Цитоскелет Гиалоплазма: 70-90% вода + АК, нуклеотиды, продукты обмена и т.д. внутренняя среда клетки: объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними Цитоскелет: механический каркас цитоплазмы; сети микрофиламентов и микротрубочек Микрофиламенты (из актина и миозина) – тонкие фибриллы из спиральнозакрученных белковых нитей Микротрубочки – тонкие полые цилиндры, образованные белковыми субъединицами: субъед. = 2 молекулы тубулина (3-ая структура) 1 Функции: «каркас» клетки, упорядочивание структурных компонентов клетки, их движение; микротр. образуют веретено деления при М и М!; микроф. – движение галоплазмы ЦИТОПЛАЗМА Структура Общая организация Функции Гиалоплазма (золь + гель) Коллоидный раствор белков, углеводов и др. в-в Внутренняя среда клетки, связь между всеми структурами, синтез веществ Митохондрии 2-хмембр.; внутренняя мембрана образует кристы. Содержит кольцевую ДНК, рибосомы, ферменты Синтез АТФ Пластиды (хлоро/хромо/ лейкопл.) 2-хмемб. Внутренняя мембрана – тилакоиды (хлорофилл в хлоропластах). Есть кольцевая ДНК, рибосомы, ферменты. Только у растений, автотрофов и автогетеротфрофных протистов Фотосинтез. Запас питательных веществ Эндопласматическая Система уплощенных мембранных сеть/ретикулум (ЭПС, мешочков – цистерн, полостей, ЭПР) трубочек Шероховатый ЭПР – рибосомы. В цистернах – дозревание белков. Транспорт синтезируемых белков. Гладкий ЭПР – синтез углеводов, липидов, стероидов. Деградация вредных веществ. Комплекс/аппарат Гольджи (КГ, АГ) Накопление, преобразование белков, липидов, синтез полисахаридов. Образование секреторных пузырьков, выведение веществ из клетки. Образование лизосом Плоские одномембр.цистерны с расширенными на концах пузырьками и отделяющимися или присоединяющимися пузырьками ЦИТОПЛАЗМА Структура Общая организация Функции Лизосомы Одномембранные пузырьки с гидролитическими ферментами Внутриклеточное переваривание, расщепление поврежденных органелл, отмерших клеток, органов Вакуоли Одномембранные цистерны, заполненные водой и растворенными в ней веществами Запас воды, орг. и неорг.веществ, осморегуляция Рибосомы 2 субъединицы = большая + малая, из рРНК и белков Сборка белковых молекул Клеточный центр (центриоли) Система микротрубочек из белковых субъединиц Центр организации микротрубочек (образование цитоскелета, веретена деления, ресничек, жгутиков) Микротрубочки, микрофиламенты Трубочки и нити из белковых субъединиц Образование цитоскелета, центриолей, жгутиков, ресничек и др. сократительные движения, внутриклеточный транспорт Включения Жировые капли, гранулы (крахмал, гликоген) кристаллы (соли) Запасные питательные вещества, конечные продукты обмена Клеточный центр. Рибосомы Клеточный центр = 2 центриоли перпендикулярно друг другу + микротрубочки 1 центриоль = 9 триплетов микротрубочек Функции: центр организации и сборки микротрубочек; участвуют в образовании базальных телец ресничек и жгутиков. Рибосома = большая + малая субъединицы, каждая – комплекс рРНК и белков Функции: сборка белковых молекул из АК, 15-20 нм Полисомы – группы рибосом, прикрепленных к ЭПР и/или ядра – синтез белков «на экспорт», выведение из клетки. Рибосомы, не прикрепленные, - синтез белков для нужд клетки. Эндоплазматическая сеть ЭПР/ЭПС – система мембранных каналов и полостей, пронизывающих гиалоплазму. ЭПС – до 50% объема клетки. Шероховатая (гранулярная) ЭПС – на поверхности рибосомы, синтез белков, выводимых из клетки, некоторых мембранных белков часть белков цитоплазмы. Гладкая ЭПС – синтез углеводов и липидов. В гл. ЭПС печени – деградация вредных веществ, их детоксикация. Депо ионов кальция. Комплекс (аппарат) Гольджи КГ/АГ – система внутриклеточных мембранных структур: цистерн, пузырьков, трубочек, - где накапливаются вещества, синтезированные на мембранах ЭПС. Диктиосома – цистерны, расположенные друг на друге. Функции: накопление веществ; образование лизосом. Лизосомы Лизосомы – мембранные пузырьки (0,4-1 мкм), содержащие около 50 пищеварительных ферментов, способных расщеплять белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты. У протистов: вторичная лизосома (пищеварительная вакуоль) = лизосома + фагоцитарный пузырек Вакуоли (только у растений!) Вакуоли – крупные мембранные пузырьки, заполненные преимущественно водным содержимым. Вакуоли образуются из пузыревидных расширений ЭПС или пузырьков КГ, У растущего организма много мелких вакуолей, которые потом сливаются в 1, которая может занимать 70-90% объема всей клетки. Мембрана вакуоли – тонопласт, 6 нм, избирательна. Содержимое вакуолей – клеточный сок (неорг. и орг. в-ва, продукты метаболизма, запасные вещества; пигменты (антоцианы, флавоны, флаванолы), фитогормоны (регуляторы роста), фитонциды, ферменты) Автолиз = самопереваривание Сократительные (пульсирующие) вакуоли – осморегуляция. Митохондрии Митохондрии – 2-хмемб.органоиды, участвующие в процессе клеточного дыхания и обеспечивающие клетку энергией в виде АТФ. В разных клетках – разное количество. Наружная мембрана гладкая (высокая проницаемость), внутренняя образует выпячивания внутрь – кристы (увеличение площади общей поверхности), на кристах – ферменты, переносчики протонов и электронов. Матрикс – внутреннее пространство митохондрий, заполненное полужидким веществом – белки, ферменты, кольцевые ДНК, все типы РНК, АК, витамины, рибосомы, гранулы. АТФ-сомы – грибовидные образования на поверхности внутренней мембраны, содержит комплекс ферментов для синтеза АТФ. Продолжительность жизни: 10 дней. Пластиды (только у растений!) Пластиды растений: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты, - все возникают из 1ых пластид. В клетках одновременно только 1 тип пластид! Хлоропласты – зеленые пластиды, осуществляющие фотосинтез (пигменты: хлорофиллы a, b и др.) + вспомогательные каротиноиды (оранжевые, желтые, красные). 1 клетка листа – 15-20 хлоропластов. Тилакоиды – замкнутые дисковидные мешочки от внутренней мембраны. В мембранах – светочувствительные пигменты, переносчики протонов и электронов! Грана – несколько тилакоидов, лежащих друг на друге. Строма (матрикс) – внутренняя среда хлоропласта – содержит белки, липиды, кольцевую ДНК, РНК, рибосомы, запасные пит.в-ва (липиды, крахмал), ферменты, фиксирующие СО2. Функции: фотосинтез, синтез АТФ, некоторых липидов, белков мембраны тилакоидов, ферментов-катализаторов фтосинтеза. При деградации превращаются в хромопласты. Пластиды (только у растений!) Пластиды растений: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты Лейкопласты – бесцветные пластиды, без гран и пигментов. В них откладываются запасные питательные вещества – крахмал, белки, жиры. В матриксе: ДНК, рибосомы, ферменты, обеспечивающие синтез и расщепление запасных веществ. Крахмальные зерна – лейкопласты, полностью заполненные крахмалом. Пластиды (только у растений!) Пластиды растений: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты Хромопласты – пластиды, содержащие пигменты каротиноиды (желтая, оранжевая, красная окраска). В них откладываются запасные питательные вещества – крахмал, белки, жиры. Конечный этап развития всех пластид! ЯДРО - хранение, реализация, передача наследственной информации У бактерий и цианобактерий ядра нет, ядерный аппарат – бактериальная хромосома Структура Общая организация Функции Ядро 2-хмембр. Хроматин, ядерный матрикс, ядрышко, ДНК Хранение и передача наследственной информации дочерним клеткам в неизменном виде. Реализация наследственной информации Ядро Ядро – специфический 2-хмембранный органоид эукариот; содержит более 90% клеточной ДНК. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой из 2-х мембран: наружная граничит с цитоплазмой, в некоторых местах переходит в ЭПР, содержит рибосомы, внутренняя – граничит с нуклеоплазмой, гладкая. Ядерная оболочка содержит поры. Ядерный матрикс (нуклеоплазма) – содержимое ядра, гелеобразный матрикс. Содержит белки, РНК, ионы, нуклеотиды, хроматин и ядрышко (одно или несколько). Хроматин – фибриллы, мелкие гранулы или глыбки. Основа – нуклеопротеины – длинные нитевидные молекулы ДНК, соединенные со специфическими хромосомными белками; РНК, синтезированные на ДНК. Ядрышки – округлые, сильно уплотненные, не ограниченные мембраной участки клеточного ядра. Синтез рРНК + белок = рибосома. Хромосомы – спирализованный хроматин; плотные палочковидные образования. Кариотип – совокупность хромосом в клетках определенного вида организмов. Кариотип видоспецифичен (неповторим), поэтому кариотип – критерий вида (генетический). Гаплоидный набор, n – число хромосом в зрелых половых клетках. Соматические клетки – клетки, составляющие тело любого организма, диплоидны (2n). Полиплоиные клетки – клетки, имеющие более 2-х наборов хромосом (3n, 4n и т.д.). Гомологичные хромосомы – парные хромосомы, т.е. одинаковые по форм, структуре, размерам, но имеющие разное происхождение (одна материнская, другая отцовская). Особенности строения клеток прокариот 1. Мезосомы – впячивания внутрь клетки клеточной мембраны в виде спирали. Участвуют в делении клетки, место прикрепления бактериальной хромосомы. 2. Клеточная оболочка состоит из муреина – полисахарид из 2-х чередующихся остатков аминосахаров. 3. НЕТ мембранных органоидов: ЭПС, КГ, лизосомы, митохондрии, пластиды. 4. Ламеллярные тилакоиды, хроматофоры – впячивания ЦПМ, содержащие ферменты, участвующие в энергетическом метаболизме. 5. Ядерный аппарат – нуклеоид – 1 кольцевая ДНК, не окружена оболочкой, крепится к ЦПМ, т.е. нет оформленного ядра. Особенности строения клеток эукариот разный царств Сходство: Единый план строения Наличие ядра, цитоплазмы с мембранными органоидами и включениями Принципиальное сходство процессов обмена веществ и энергии в клетке Сходные процессы при делении клеток Особенности строения клеток эукариот разный царств Различия: Клетки растений и грибов имеют жесткую клеточную оболочку Клеточная оболочка – продукт жизнедеятельности клетки Сложный каркас параллельно расположенных волокон в аморфном матриксе. Волокнистый компонент растений – целлюлоза, грибов – хитин. В составе матрикса полисахариды – гемицеллюлоза и пектиновые вещества (аморфные, т.к. не кристаллизуются) Первичная оболочка молодых клеток содержит до 30% волокнистых элементов, после прекращения роста – вторичная оболочка На поверхности клеточных оболочек – кутин, суберин – опробковение, воск – водонепроницаемость Запасное питательное вещество растений – крахмал, грибов и животных – гликоген (гетеротрофы) Клетки животных не имеют жесткой оболочки, не содержат пластиды Соответствующие различия в строение авто- и гетеротрофных протистов Деление клетки. Клеточный цикл Жизненный, или клеточный, цикл – жизнь клетки от момента ее появления в процессе деления материнской клетки и до ее собственного деления (включая его) или гибели. Клеточный цикл = интерфаза + митоз Интерфаза – жизнь клетки одного деления до другого. Периоды: 1. Пресинтетический (G1) самый продолжительный, сразу после деления; рост, накопление энергии и вещества – увеличение всех органоидов, синтез белков для следующего периода 2. Синтетический (S) удвоение ДНК (репликация/редупликация), синтез белков для формирования хромосом, увеличение количества РНК. К концу периода каждая хромосома состоит из 2-х идентичных хроматид 3. Постсинтетический (G2) самый быстрый; содержание ДНК в клетке 2n4c, накапливается Е для М, синтезируются белки микротрубочек для образования веретена деления Митоз (М) – процесс непрямого деления соматических клеток. Из 1 материнской – 2 дочерний с таким же набором хромосом. Митоз = кариокинез (деление ядра) + цитокинез (деление цитоплазмы) Фазы: 1. Профаза фрагментация ядерной оболочки, спирализация хроматина, формирование хромосом, центросомы (из 2-х центриолей) расходятся к полюсам клетки, формируется веретено деления (ВД; часть нитей от полюса к полюсу, часть – прикрепляется к центромерам хромосом) 2. Метафаза 3. Анафаза 4. Телофаза max спирализация хромосом, образование метафазной пластинки каждая хромосома расщепляется на 2 хроматиды, которые растягиваются к противоположным полюсам клетки дочерние хромосомы деспирализуются, ДНК доступна для транскрипции, формируется ядерная оболочка у каждого полюса, образуются ядрышки, нити ВД распадаются. Начинается цитокинез: у животных – кольцевая перетяжка; у растений – внутриклеточная срединная пластинка из содержимого пузырьков КГ Митоз (М) Биологическое значение: воспроизводство клеток с количественно и качественно одинаковой генетической информацией (из-за репликации ДНК) Клеточная гибель Некроз нарушения гомеостаза из-за нарушения проницаемости клеточных мембран Апоптоз программируемая клеточная смерть, «самоубийство» Амитоз, или прямое деление - деление интерфазного ядра путем перетяжки Прямое бинарное деление - прокариоты Мейоз (М!) - деление 1 материнской диплоидной клетки с образованием 4-х гаплоидных дочерних клеток (гаметы) Включает 2 деления: мейоз I (редукционное деление – число хромосом уменьшается вдвое) и мейоз II (эквационное деление – гаплодность сохраняется). Мейоз I (М! I) М! I: Профаза I – спирализация хроматина, образование хромосом, конъюгация и образование бивалента из 4 хроматид (тетрада); хромосомы делятся в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы); расхождение хроматид и кроссинговер. Метафаза I, анафаза I и телофаза I – аналогично М. Интеркинез – короткий промежуток между М! I и М! II. М! II – по типу М. Мейоз I (М! I) Биологическое значение М!: 1. М! – обязательное звено в жизненном цикле эукариот, размножающихся половым путем. 2. М! обеспечивает постоянство числа хромосом вида. Редукция числа хромосом до гаплоидного происходит в анафазе первого деления, восстановление диплоидного набора – при оплодотворении (О!). 3. М! обеспечивает комбинативную изменчивость (слияние материнской и отцовской гамет). 4. Генетическая рекомбинация хромосом дополняется кроссинговером в профазе первого деления, обеспечивая рекомбинацию генов одной пары гомологичных хромосом. Проверяем себя