Презентация "Клеточный уровень организации живого" по медицине – проект, доклад

Клеточный уровень организации живого

(лекция №1 для подготовительного отделения)

План лекции

1. Клетка как биологическая система. Типы клеточной организации. 2. Структурно-функциональная организация прокариотической клетки. 3. Структурно-функциональная организация эукариотической клетки: Поверхностный комплекс (оболочка) Цитоплазма Ядро 4. Мембранная система клетки 5. Транспорт веществ в клетку.

1. Клетка как элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая единица. Типы клеточной организации.

Клетка как элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая единица

Клетка – элементарная биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Клетка составляет основу строения, функций и развития (генезиса) всех живых существ.

Клеточная теория включает три основных положения

1. Жизнь в ее структурном, функциональном и генетическом плане обеспечивается только клеткой. 2. Способом возникновения новых клеток является деление существующих клеток. 3. Многоклеточное существо – это совокупность высоко интегрированных в систему организма клеточных ансамблей, объединенных дистантными гуморальными, нервными и иммунными, а также местными формами регуляции и интеграции.

http://hnu.docdat.com/docs/index-173867.html

Типы клеточной организации: прокариотический

Стрептококки Вибрионы Helicobacter Pylori Сальмонеллы Бациллы

Схема строения бактериальной клетки

1 - клеточная стенка; 2 - плазматическая мембрана; 3 - ДНК нуклеоида, 4 - полирибосомы цитоплазмы; 5 - мезосома; 6 - ламеллярные структуры; 7 - впячивания плазмалеммы; 8 - скопления хроматофоров; 9 - вакуоли с включениями; 10 - бактериальные жгутики; 11 - пластинчатые тилакоиды

Цианобактерии Спирулина (Spirulina)

Цианобактерии Cyanothece

Aphanizomenon ovalisporum

2. Структурно-функциональная организация эукариотических клеток. Строение и функции биологической мембраны.

Состав эукариотической клетки:

1. поверхностный аппарат (комплекс) или клеточная оболочка 2. цитоплазма 3. ядро

Схема строения эукариотической клетки

http://www.google.ru/search?newwindow=1&hl=ru

Поверхностный аппарат клетки или клеточная оболочка

Отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность; регулирует обмен между клеткой и средой. На внешней поверхности плазматической мембраны в животной клетке белковые и липидные молекулы связаны с разветвленными углеводными цепями, образуя гликокаликс (надмембранный слой). Углеводные цепи выполняют роль рецепторов – мишеней для сигнальных молекул (лиганд). Далее следует биологическая мем-брана. Под мембраной со стороны цитоплазмы имеются кортикальный слой, богатый цитоскелетными структу-рами: микротрубочками и микрофиламентами, включа-ющими сократимые белки. Обеспечивает механическую устойчивость плазматической мембраны.

A – надмембранный слой (гликокаликс животной клетки); B – плазматическая мембрана; C – подмембранный (кортикальный) слой

http://vb.userdocs.ru/biolog/179137/index.html

Биологическая мембрана включает различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь) полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой) поверхностные (расположенные на внешней или при-легающие к внутренней сторонам мембраны).

http://steelbros.ru/threads/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%87

Варианты схем строения биологической мембраны

http://www.google.ru/search?newwindow=1&hl=ru&site=imghp&tbm

http://cache-media.britannica.com/eb-media/74/53074-004-9F65D813.jpg

Микрофотография биологической мембраны

Мембраны двух соседних нервных клеток (электронный микроскоп, увеличивает в 400 000 раз). Каждая мембрана имеет видна в виде двух тёмных полос, разделённых более светлой полосой, толщиной 35 А . Щель между клетками достигает 150 А.

http://bse.sci-lib.com/article117953.html

Функции мембран:

барьерная; сохранение формы и содержимого структуры; организация поверхностей раздела между водной и неводной фазами; образование гидрофобной фазы для химических превращений; рецепторная; регуляторная; транспортная.

Структурно-функционально-метаболическая компартментация клетки

Внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты. Компартментация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке, часто противоположно направленных. Функциональная специализация мембран разных компартментов достигается их различной химической организацией. Отдельный компартмент представлен органеллой (лизосома) или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной митохондрии).

Компартментация объема клетки с помощью мембран: 1—ядро, 2—шероховатая цитоплазматическая есть, 3—митохондрия, 4—транспортный цитоплазматический пузырек, 5—лизосома, 6—пластинчатый комплекс, 7 — гранула секрета

http://userdocs.ru/medicina/104309/index.html?page=12

Немембранный механизм компартментации объема клетки

Мембранный механизм компартментации объема клетки - не единственный. Известно семейство протеаз (пептидаз) - самокомпартментирующихся ферментов, участвующих во внелизосомном расщеплении белков. В клетках они «укрыты» в протеасомах. Это мультимерные гетеробелковые агрегаты «цилиндрической» формы, образующиеся путем самосборки. Протеазы в них занимают внутреннюю зону, а снаружи располагаются белки-«проводники» или шапероны. В функцию последних входит опознание (детекция) белков, подлежащих протеолитическому расщеплению, и их «допуск» внутрь протеасомы к протеазам. Известно, что протеасомы обеспечивают деградацию циклина B в анафазе митоза. В комплексе с соответствующей циклинзависимой киназой (Cdk - англ. cyclin dependent kinase) названный белок принимает участие в регуляции прохождения клеткой митотического цикла (Ярыгин 2011)

Протеасомный комплекс (самокомпартментализующиеся протеазы)

В.Н. Ярыгин, 2011

Механизм транспорта веществ в клетку и из нее

зависит от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы проходят через мембраны путем пассивного и активного транспорта. Перенос макромолекул и крупных частиц осуществляется за счет образования окруженных мембраной пузырьков и называется эндоцитозом и экзоцитозом.

Схема пассивного и активного транспорта

http://biofile.ru/bio/2505.html

Эндоцитоз – процесс захвата внешнего материала клеткой. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует выпячивания или выросты, которые затем, отшнуровываясь, превращаются в пузырьки или вакуоли. Различают два типа эндоцитоза. 1. Фагоцитоз («поедание») — поглощение клетками твердых частиц, например, некоторые виды лейкоцитов, поглощают бактерии. Мембранный мешочек, обволакивающий поглощаемую частицу, называют фагоцитозной вакуолью. 2. Пиноцитоз («питье») — поглощение клеткой жидкого материала. Пу-зырьки, которые при этом образуются, часто бывают очень мелкими. Например, яйцеклетки человека так поглощают питательные вещества из окружающих фолликулярных клеток. Экзоцитоз — процесс обратный эндоцитозу. Таким способом различные материалы выводятся из клеток: из пищеварительных вакуолей удаляются оставшиеся непереваренными плотные частицы, а из секретарных клеток путем «пиноцитоза наоборот» выводится их секрет. Именно так секретируются в частности ферменты поджелудочной железы.

http://meduniver.com/Medical/Biology/133.html.

Схема экзо- и эндоцитоза

Схема эндоцитоза

http://steelbros.ru/threads/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%B

Структурные элементы цитоплазмы

Протоплазма

это все содержимое живой клетки, включающее ядро, цитоплазму и находящиеся в них структуры. Это особая многофазная коллоидная система или биоколлоид.

http://potomy.ru/human/1223.html

Структурные элементы цитоплазмы. Гиалоплазма (основная плазма, матрикс цитоплазмы, цитозоль)

Основное вещество цитоплазмы, заполняющее пространство между клеточными органеллами. Это внутренняя среда, обеспечивающая связь всех органоидов. Функции: в гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процессы, происходит присоединение аминокислот к транспортной РНК.

Гиалоплазма содержит множество белковых филаментов (нитей), пронизывающих цитоплазму и образующих цитоскелет.

http://ibrain.kz/mod/book/view.php?id=13&chapterid=1216

Структурные элементы цитоплазмы. Органеллы

Постоянные компоненты клетки, расположенные в гиалоплазме, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции

http://www.zoovet.ru/slovo.php?slovoid=4980

Подразделяют: - по назначению на общие (имеются во всех или в больших группах клеток) и специальные (присущи небольшим группам клеток) - по строению на немембранные и мембранные Немембранные органоиды: рибосомы, клеточный центр, микротрубочки, микрофиламенты. Мембранные органоиды: Одномембранные: органеллы вакуолярной системы: эндоплазматическую сеть (ретикулум), аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы и другие вакуоли. Двумембранные: митохондрии и пластиды – это полуавтономные структуры, т.к. содер-жат ДНК.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Универсальный для всех эукариотических клеток мембранный органоид, открытый в 1945 г. К.Портером (США). Площадь мембраны ЭПС составляет около половины площади всех клеточных мембран.

http://www.lyceum95.ru/biolog/pac.htm

Морфологически ЭПС дифференцирована на 3 отдела: шероховатую, промежуточную и гладкую ЭПС, которые выполняют разные функции. Шероховатая ЭПС представлена совокупностью соединяющихся между собой уплощенных мембранных цистерн. На их наружной поверхности находится большое количество рибосом, синтезирующих белки. Промежуточная ЭПС также состоит из мембранных цистерн, однако на них отсутствуют рибосомы. В этот отдел из шероховатой ЭПС поступают транзитные белки. Здесь они окружаются участками мембранных цистерн и в образовавшихся мембранных пузырьках направляются к комплексу Гольджи. Гладкая ЭПС представлена системой сообщающихся между собой мембранных трубочек, стенка которых в некоторых местах переходит в мембрану других отделов ЭПС и не связана с рибосомами. Мембрана гладкой ЭПС содержит ферменты синтеза мембранных липидов.

Схема строения аппарата Гольджи

Комплекс Гольджи

Комплекс Гольджи (КГ)- это универсальный мембранный органоид эукариотических клеток, открытый в 1898 г. итальянским исследователем К. Гольджи. В его составе обнаруживаются мембранные цистерны, мембранные пузырьки и мембранные трубочки, которые являются продолжением мембранных цистерн. Между цистернами расположены белковые фибриллы, объединяющие цистерны в диктиосому. Управляет процессами внутриклеточного транспорта. Основными функциями аппарата Гольджи являются модификация, накопление, сортировка и направление различных веществ в соответствующие внутриклеточные компартменты, а также за пределы клетки. Дифференцирован на 3 отдела: цис-отдел, медиальный отдел и транс-отдел. Цисотдел содержит плоские мембранные цистерны, расположенные около ядра. С ними сливаются мембранные пузырьки, отшнуровавшиеся от цистерн промежуточной эдоплазматической сети и содержащие транзитные белки. Медиальный отдел осуществляет химической модификации транзитных белков, поступающих из цис-отдела в транспортных пузырьках. Модифицированные белки аналогичным способом переносятся в транс-отдел. Транс-отдел представлен расширенными цистернами, расположенными ближе к плазмалемме, чем к ядру. В нем присоединяются специфические углеводы к нефосфорилированным белкам, синтезируются специфические полисахариды и углеводные головки гликолипидов. В транс-отделе происходит сегрегация образующихся и модифицированных веществ на 3 потока: секреторный, регенерационный и лизосомальный.

Схема переваривания пищевой частицы при участии лизосомы

Лизосома

http://biohimija.ru/tag/reakciya/page/2

http://ukrzno.com/topic/7291-bologja-grajuchis/

Митохондрии

Клеточные органеллы размером от 0,5 до 1 мк, в которых происходят разнообразные окислительные реакции и генерация тепловой и химической энергии, необходимой для всех функций организма. В многочисленных ячейках митохондрии находятся сотни разнообразных ферментов. Митохондрии имеют собственную ДНК и способны к делениям и митохондриальным мутациям. Митохондрии – это автономная генетическая система, переходящая из поколения в поколение, подобно хромосомам клеточного ядра.

http://steelbros.ru/threads/%D0%9C%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B8%D1%8F.26

Слева – электронная фотография митохондрии. Справа – модель митохондрии.

http://www.safetymeds.com/longevity_26.html

Рибосомы

Представляют собой гранулы 15 – 35 нм в диаметре. В их состав входят белки и молекулы РНК (примерно в равных весовых отношениях). Располагаются рибосомы в цитоплазме свободно или фиксированы на мембранах зернистой эндоплазматической сети. Рибосомы участвуют в сборке молекул белка, в объединении аминокислот в цепи в строгом соответствии с генетической информацией, заключенной в ДНК.

Клеточный центр

http://animals-world.ru/kletochnyj-centr-organoidy-dvizheniya-vklyucheniya/

Органоид, видимый в оптический микроскоп в клетках животных и низших растений. Он находится обычно около ядра или в геометрическом центре клетки и состоит из двух палочковидных телец центриолей. Клеточный центр играет важную роль в процессе перемещения хромосом при митозе. С ним связана способность некоторых клеток к активному движению.

Структурные элементы цитоплазмы. Включения.

Это непостоянные компоненты, продукты жизнедеятельности клеток, неживое, не выполняют активных функций. Включения синтезируются в клетке и используются в процессе обмена.

http://www.google.ru/imgres?imgurl&imgrefurl

Ядро – не органоид, а компонент клетки

Открыто и описано в 1833 г. англичанином Р. Броуном. Функции ядра: 1. Хранение и воспроизводство (митоз) наследственного материала; 2. Реализация генетической информации (транскрипция и процессинг); 3. Образование субъединиц рибосом; 4. Регуляция активности клетки. В зависимости от фазы жизненного цикла различают два состояния ядра: 1. интерфазное ядро - меет ядерную оболочку (кариолемму), отделяющую его от цитоплазмы, кариоплазму (ядерный сок), одно или несколько ядрышек (нуклеосом), хроматин. 2. ядро при делении клетки - исчезают первые три компонента, только хроматин присутствует в разном состоянии.

Строение ядра интерфазной клетки

1 – ядерная оболочка (а – наружная, б – внутренняя мембраны) 2 – перинуклеарное пространство 3 – ядерная пора 4 – конденсированный хроматин 5 – диффузный хроматин 6 – ядрышко

http://lekci.ru/docs/index-34792.html?page=2

Ядерная оболочка

http://humbio.ru/humbio/cytology/001569f9.htm

На наружной мембране ядерной оболочки с внешней стороны находятся рибосомы и полисомы. Предполагают, связью ламины и хроматина обеспечивается пространственная упорядоченность расположения хромосом в интерфазном ядре.

Ядерные поры

http://humbio.ru/humbio/cytology/0015d290.htm

http://vmede.org/sait/?page=4&id=Biologiya_yarigin_t1_2011&menu=Biologiya_yarigin_t1_2011

Поровый комплекс (схема)

а - внешний вид ядерных пор в ядре ооцитов; б - схема строения ядерной поры: 1 - кольцо; 2 - спицы; 3 - центральная гранула; 4 - хроматин; 5 - рибосомы

Ядерный матрикс

а — схема строения ядер до экстракции; б — после экстракции; 1 — примембранный белковый слой (ламина) и поровые комплексы; 2 — межхроматиновая белковая сеть матрикса; 3 — белковый матрикс ядрышка

http://biology-of-cell.narod.ru/nucleus6.html

Ядрышко или ядрышки

Обязательный компонент ядра, немембранная структура. Содержат кислые белки и РНК. Ядрышки имеют большую плотность, чем ядро. Возникновение ядрышек связано с определенными зонами хромосом, называемыми ядрышковыми организаторами. Число ядрышек определяется числом ядрышковых организаторов. В них содержатся гены р-РНК.

Клеточное ядро и ядрышко

http://edu2.tsu.ru/res/1539/text/gl1_5.htm

Ядрышки включают две зоны:

1. внутренняя – фибриллярная – представлена комплексами молекул белка и гигантских молекул пре-РНК. 2. наружная – гранулярная. В процессе созревания ядрышковые фибриллы преобразуются в гранулы. Эти гранулы, выходя из ядра, формируют субъединицы рибосом.

Схема компонентов ядрышка

1 – гранулярный компонент (нуклеолонема); 2 — фибриллярные центры; 3 — плотный фибриллярный компонент; 4 — околоядрышковый хроматин

http://biology-of-cell.narod.ru/nucleus8.html

Хроматин. Химический состав хроматина

Хроматин (окрашенный материал) – плотное вещество ядра, хорошо окрашиваемое основными красителями. Химический состав хроматина: массовые соотношения ДНК : гистоновые или основные белки : негистоновые или кислые белки : РНК : липиды составляют – 1 : 1 : 0,2-0,5 : до 0,15 : до 0,03. В малых количествах присутствуют полисахариды и ионы. Все вместе это дезоксирибонуклеопротеидный комплекс – субстрат наследственности. Гистоновые белки представлены 5 фракциями, негистоновые белки - более 100 фракций. Те и другие соединяются с молекулами ДНК, препятствуя считыванию заключенной в ней биологической информации – в этом состоит их регуляторная роль – запрещают или разрешают считывание информации с ДНК. Структурная роль белков заключается в обеспечении пространственной организации ДНК в хромосомы.

Структурная организация эукариотической хромосомы

В разные фазы клеточного цикла хромосома сохраняет структурную целостность, но в разные фазы цикла в микроскоп мы наблюдаем разные картины. Изменения хромосом связаны с процессом компактизации–декомпактизации или конденсации–деконденсации хромосомного материала – хроматина.

Уровни компактизации хроматина

Выделяют несколько уровней компактизации хроматина. Это биспираль ДНК, нуклеосомный – нуклеосомная нить (компактизация 6–7 раз), нуклеомерный – хроматиновая фибрилла (компактизация 40 раз), хромомерный – петли хроматиновой фибриллы (компактизация 1000 раз), хроматидный (компактизация 3500 раз), метафазная хромосома (компактизация 7000 раз).

Нуклеосомный уровень

Компактизация хроматина

http://main.rudn.ru/_new/russian/win/dpo/clingen/02_genetics/02_02_chromosome/02_02_chromosome.htm

В зависимости от степени компактизации материал интерфазных хромосом представлен эухроматином и гетерохроматином.

http://www./slide/101363/

Строение метафазной хромосомы

1 - центромерный участок хромосомы; 2 – теломерный участок; 3 - дочерние хроматиды; 4 - гетерохроматин; 5 - эухроматин; 6 - маленькое плечо; 7- большое плечо.

http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/

Типы хромосом

Хромосомы человека

а - пара 1; б - пара 22.

Кариотип

Совокупность признаков хромосомного набора (число, размер и форма хромосом) называют кариотипом. Кариотип человека Пол Соматические клетки Гаметы женский 44А+ХХ (45 и 46) 22А+Х (23) мужской 44А+ХУ (45Х и 46У) 22А+Х и 22А+У

Идиограмма

Систематизированнй кариотип. Хромосомы расположены по мере убывания их величины. В кариотипе выделяют хромосомы соматические, или аутосомы и половые хромосомы X и Y;

б - идиограмма мужчины

http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/

в – идиограмма женщины

Правила хромосомных наборов

1. Специфичность набора хромосом для каждого вида. 2. Парность хромосом. хромосомы составляют пары. Каждая хромосома соматических клеток имеет аналогичную себе хромосому. 3. Индивидуальность отдельных паров хромосом. Каждый пар гомологичних хромосом индивидуума отличается от другого пара за размером, формой и генетическим составом. 4. Непрерывность хромосом. Это означает, что каждая дочерняя хромосома происходит от материнской хромосомы.