Краткий конспект подготовки к ЗНО по биологии №33 "Клеточная теория. Цитология. Особенности организации клеток прокариот"

Клеточное строение растений (срез пробки). Термин «клетка».

Антони Ван Левенгук

Описал некоторые микроструктуры растительных и животных клеток.

Обнаружил клеточное ядро.

Т. Шванн, Т. Шлейден

Показали, что тканям животных присуще клеточное строение. Выдвинул клеточную теорию.

Открыл яйцеклетки млекопитающих.

Постулировал, что клетка может в озникнуть только из предшествующей клетки путем ее деления.

Основные положения клеточной теории:1. Клетка – элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.2. Клетки всех живых организмов сходны по строению и химическому составу.3. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.4. Клеточное строение организмов – доказательство единства происхождения всего живого.Типы клеточной организации:

1. прокариотический (бактерии);

2. эукариотический (растения, грибы, животные).

Оба типа ограничены оболочкой, внутреннее содержимое представлено цитоплазмой, в которой находятся органоиды и включения.Органоиды (органеллы) – постоянные, компоненты клетки, выполняющие специфические функции. Могут быть ограничены одной или двумя мембранами (мембранные органоиды) или не ограничены мембранами (немембранные органоиды).Включения – непостоянные компоненты клетки, представляющие собой отложения веществ, временно выведенных из обмена или конечных его продуктов.Методы изучения клеток:

1. световая микроскопия;

2. электронная микроскопия;

3. дифференциальное ультрацентрифугирование;

4. рентгеноструктурный анализ;

5. хроматография;

6. электрофорез;

7. микрохирургия;

8. метод культуры клеток и др.

Органеллы (органоиды)

Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром; подразделяется на гиалоплазму (основное вещество цитоплазмы), органоиды (постоянные компоненты цитоплазмы) и включения (временные компоненты цитоплазмы).

Функции цитоплазмы:

1. объединение всех компонентов клетки в единую систему;

2. среда для прохождения многих биохимических и физиологических процессов;

3. среда для существования и функционирования органоидов. Цитоплазматическая мембрана (синонимы: плазмалемма, клеточная мембрана, плазматическая мембрана) – липидный бислой, инкрустированный белками; выполняет функцию физического, осмотического и метаболического барьера. ЦПМ животной клетки покрыта гликокаликсом – надмембранным комплексом гликопротеинов, гликолипидов, липопротеинов); в нём располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью происходит адгезия клеток. В растительной клетке аналогичный слой – толстый, образован целлюлозой и называется клеточной стенкой.Различают:

1. периферические белки (расположены на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя);

2. полуинтегральные белки (погружены в липидный бислой на различную глубину);

3. интегральные или трансмембранные белки (пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки).

Функции мембран:

1. отделение клеточного содержимого от внешней среды, регуляция обмена веществ между клеткой и средой;

2. деление клетки на компартаменты («отсеки»);

3. место локализации «ферментативных конвейеров»;

4. обеспечение связи между клетками в тканях многоклеточных организмов (адгезия), распознавание сигналов.Виды пассивного транспорта (без затрат энергии):

1. простая диффузия – транспорт веществ непосредственно через липидный бислой (кислород, углекислый газ);

2. диффузия через мембранные каналы – транспорт через каналообразующие белки (Na+, K+, Ca2+, Cl-);

3. облегченная диффузия – транспорт веществ с помощью специальных транспортных белков, каждый из которых отвечает за перемещение определенных молекул или групп родственных молекул (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды);

4. осмос – транспорт молекул воды (во всех биологических системах растворителем является именно вода).Активный транспорт осуществляется особыми белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ. К активному транспорту относят:

1. Na+/К+-насос (натрий-калиевый насос);

2. эндоцитоз;

3. экзоцитоз.Эндоцитоз – процесс поглощения клеткой крупных частиц и макромолекул.

Различают:

1. фагоцитоз – захват и поглощение крупных частиц (клеток, частей клеток, макромолекул);

2. пиноцитоз – захват и поглощение жидкого материала (раствор, коллоидный раствор, суспензия). Явление фагоцитоза открыто И.И. Мечниковым в 1882 г. Экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу: выведение различных веществ из клетки. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) или эндоплазматический ретикулум (ЭПР) – одномембранный органоид; система мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство. Мембраны с одной стороны связаны с цитоплазматической мембраной, с другой – с наружной ядерной мембраной.

Различают два вида ЭПС:

1. шероховатая (гранулярная), содержащая на своей поверхности рибосомы;

2. гладкая (агранулярная), мембраны которой рибосом не несут.

Функции:

1. транспорт веществ из одной части клетки в другую;

2. разделение цитоплазмы клетки на компартменты («отсеки»);

3. синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС);

4. синтез белка (шероховатая ЭПС);

5. место образования аппарата Гольджи. Аппарат Гольджи или комплекс Гольджи – одномембранный органоид; стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями. Диктиосома – стопка из 4-6 «цистерн», является структурно-функциональной единицей аппарата Гольджи.

Функции аппарата Гольджи:

1. накопление белков, липидов, углеводов;

2. модификация поступивших органических веществ;

3. «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов;

4. секреция белков, липидов, углеводов;

5. синтез углеводов и липидов;

6. место образования лизосом. Лизосомы – мелкие одномембранные органоиды, содержащие набор гидролитических ферментов. Лизис – расщепление веществ с помощью ферментов.Автофагия – процесс уничтожения ненужных клетке структур. Автолиз – саморазрушение клетки, наступающее вследствие высвобождения содержимого лизосом.

Функции лизосом:

1. внутриклеточное переваривание органических веществ,

2. уничтожение ненужных клеточных и неклеточных структур,

3. участие в процессах реорганизации клеток. Вакуоли – одномембранные органоиды, представляют собой «емкости», заполненные водными растворами органических и неорганических веществ (клеточный сок). Тонопласт – мембрана, ограничивающая растительную вакуоль. В состав клеточного сока входят водорастворимые органические и неорганические соли, моносахариды, дисахариды, аминокислоты, конечные или токсические продукты обмена веществ (гликозиды, алкалоиды), некоторые пигменты (антоцианы).

Функции вакуоли:

1. накопление и хранение воды;

2. регуляция водно-солевого обмена;

3. поддержание тургорного давления;

4. накопление водорастворимых метаболитов, запасных питательных веществ;

5. окрашивание цветов и плодов и привлечение тем самым опылителей и распространителей семян;

6. см. функции лизосом. Митохондрия – двумембранная гранулярная или нитевидная органелла, основная функция которой – окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии в синтезе молекул АТФ, который происходит за счёт движения электрона по электронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны. Внутренняя мембрана образует многочисленные складки – кристы. Внутреннее пространство митохондрий заполнено матриксом, в котором содержатся кольцевая ДНК, специфические иРНК, рибосомы прокариотического типа (70S-типа), ферменты цикла Кребса. Рибосомы – немембранные органоиды, состоящие из двух субъединиц – большой и малой, на которые могут диссоциировать. Образованы белками и рРНК.

Различают два типа рибосом:

1. эукариотические (с константами седиментации целой рибосомы – 80S, малой субъединицы – 40S, большой – 60S);

2. прокариотические (соответственно 70S, 30S, 50S). Могут «работать» поодиночке или объединяться в комплексы – полирибосомы (полисомы).

Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки (синтез белка). Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами. Микротрубочки – цилиндрические неразветвленные структуры. Основной компонент – белок тубулин. Микрофиламенты – нити диаметром 5-7 нм, состоят из белка актина.

Функции цитоскелета:

1. определение формы клетки;

2. опора для органоидов;

3. образование веретена деления;

4. участие в движениях клетки;

5. организация тока цитоплазмы. Клеточный центр включает в себя две центриоли и центросферу. Центриоль представляет собой цилиндр, стенка которого образована девятью группами из трех слившихся микротрубочек (9 триплетов). Объединены в пары, где расположены под прямым углом друг к другу. Формируют веретено деления, способствующее равномерному распределению генетического материала между дочерними клетками. В клетках высших растений (голосеменные, покрытосеменные) клеточный центр центриолей не имеет. Функции:

1. обеспечение расхождения хромосом к полюсам клетки во время митоза или мейоза,

2. центр организации цитоскелета.Органоиды движения: реснички (инфузории, эпителий дыхательных путей), жгутики (жгутиконосцы, сперматозоиды), ложноножки (корненожки, лейкоциты), миофибриллы (мышечные клетки) и др.Жгутики и реснички – органоиды движения нитевидной формы. Представляют собой аксонему, ограниченную мембраной. Аксонема – цилиндрическая структура; стенка цилиндра образована девятью парами микротрубочек, в его центре находятся две одиночные микротрубочки. В основании аксонемы находятся базальные тельца, представленные двумя взаимно перпендикулярными центриолями (каждое базальное тельце состоит из девяти триплетов микротрубочек, в его центре микротрубочек нет). Длина жгутика достигает 150 мкм, реснички в несколько раз короче.

Пластиды

Характерны только для растительных клеток. Хлоропласты – двумембранные фотосинтезирующие органоиды. Внутренняя имеет сложную складчатую структуру. Наименьшая складка называется тилакоидом. Группа тилакоидов, уложенных наподобие стопки монет, называется граной. Граны связываются друг с другом уплощенными каналами – ламеллами. В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические пигменты и ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Главным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл, который и обусловливает зеленый цвет хлоропластов. Внутреннее пространство хлоропластов заполнено стромой. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты цикла Кальвина, зерна крахмала. Лейкопласты – двумембранные органоиды. В строме имеют кольцевую ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты синтеза и гидролиза запасных питательных веществ. Пигменты отсутствуют. Особенно много лейкопластов имеют клетки подземных органов растения (корни, клубни, корневища и др.).

Функция лейкопластов: синтез, накопление и хранение запасных питательных веществ.

Амилопласты – лейкопласты, которые синтезируют и накапливают крахмал, элайопласты – масла, протеинопласты – белки. В одном и том же лейкопласте могут накапливаться разные вещества. Хромопласты – двумембранные органоиды, запасающие пигменты. В строме имеются кольцевая ДНК и пигменты – каротиноиды, придающие хромопластам желтую, красную или оранжевую окраску.

Функция хромопластов: окрашивание цветов и плодов и тем самым привлечение опылителей и распространителей семян. Пропластиды – мелкие органоиды, содержащиеся в меристематических тканях, из которых образуются пластиды. Лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету), хлоропласты – в хромопласты (пожелтение листьев и покраснение плодов).

Ядро

Ядро – один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка. Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) – внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек.Ядрышко – скопление рРНК и рибосомальных субъединиц на разных этапах их формирования. Обнаруживаются только в неделящихся ядрах, образуется на участках хромосом, несущих информацию о структуре рРНК. Такие участки называются ядрышковым организатором и содержат многочисленные копии генов, кодирующих рРНК.Хроматин – внутренние нуклеопротеидные структуры ядра; форма существования генетического материала в интерфазных клетках. Состав:

1. ДНК (30–45%);

2. гистоновые белки (30–50%);

3. негистоновые белки (4–33%), следовательно, хроматин является дезоксирибонуклеопротеидным комплексом (ДНП).Эухроматин – генетически активные, гетерохроматин – генетически неактивные участки хроматина. Во время деления клетки (митоз, мейоз) хроматин преобразуется в хромосомы.

Функции ядра:

1. хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления;

2. регуляция жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков;

3. место образования субъединиц рибосом.

Хромосомы

Хромосомы – это цитологические палочковидные структуры, представляющие собой конденсированный хроматин и появляющиеся в клетке во время митоза или мейоза. Метафазная хромосома (хромосомы изучаются в метафазу митоза) состоит из двух хроматид.Хромосомы и хроматин – различные формы пространственной организации дезоксирибонуклеопротеидного комплекса, соответствующие разным фазам жизненного цикла клетки. Химический состав хромосом такой же, как и хроматина.Основу хромосомы составляет одна непрерывная двухцепочечная молекула ДНК. Уровни пространственной укладки ДНК:

1. нуклеосомный (накручивание ДНК на белковые глобулы);

2. нуклеомерный;

3. хромомерный;

4. хромонемный;

5. хромосомный.Центромера – первичная перетяжка, которая делит хромосому на плечи. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку и спутник – участок короткого плеча, отделяемый вторичной перетяжкой. Хромосомы, имеющие спутник, называются спутничными.Теломеры – концы хромосом называются. В зависимости от положения центромеры выделяют:

а. метацентрические (равноплечие);

б. субметацентрические (умеренно неравноплечие);

в. акроцентрические (резко неравноплечие).Соматические клетки содержат диплоидный (двойной – 2n) набор хромосом, половые клетки – гаплоидный (одинарный – n).Гомологичные хромосомы – х-мы из одной пары диплоидного набора. Имеют одинаковое строение, размеры, набор генов. Хромосомный набор человека (2n = 46, n = 23) содержит 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом. Аутосомы распределены по группам и пронумерованы.Кариотип – совокупность сведений о числе, размерах и строении метафазных хромосом.Аутосомы – хромосомы, одинаковые для мужского и женского кариотипов.Половые хромосомы – хромосомы, по которым мужской кариотип отличается от женского. Не относятся ни к одной из групп и не имеют номера. Половые хромосомы женщины – ХХ, мужчины – ХY. Х-хромосома – средняя субметацентрическая, Y-хромосома – мелкая акроцентрическая.Функции хромосом:

1. хранение наследственной информации;

2. передача генетического материала от материнской клетки к дочерним.