Лекции по "Биологии"

1 Строение  клетки.

 

Основные  части любой клетки – цитоплазма и ядро.

 

Клетка  покрыта мембраной, состоящей из нескольких слоёв молекул, обеспечивающей избирательную проницаемость веществ. В цитоплазме расположены мельчайшие структуры – органоиды. К органоидам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр.

Мембрана.

Итак, клеточная  мембрана – очень мелкое молекулярное сито. Однако мембрана – весьма своеобразное сито. Её поры скорее напоминают длинные  узкие проходы в крепостной стене  средневекового города. Высота и ширина этих проходов в 10 раз меньше длины. Кроме того, в этом сите отверстия  встречаются очень редко –  поры занимают у некоторых клеток только одну миллионную часть площади  мембраны. Это соответствует всего  одному отверстию на площади обычного волосяного сита для просеивания  муки, т.е. с обычной точки зрения мембрана вовсе не сито.

Ядро отделено от цитоплазмы двойной мембраной, которая непосредственно связана с эндоплазматической сетью и комплексом Гольджи. На ядерной мембране обнаружены поры, через которые (как и через наружную цитоплазматическую мембрану) одни вещества проходят легче, чем другие, т.е. поры обеспечивают избирательную проницаемость мембраны.

Внутреннее  содержимое ядра составляет ядерный  сок, заполняющий пространство между  структурами ядра. В ядре всегда присутствует одно или несколько  ядрышек. В ядрышке образуются рибосомы. Поэтому между активностью клетки и размером ядрышек существует прямая связь: чем активнее протекают процессы биосинтеза белка, тем крупнее ядрышки  и, наоборот, в клетках, где синтез белка ограничен, ядрышки или  очень невелики, или совсем отсутствуют.В ядре расположены нитевидные образования – хромосомы. В ядре клетки тела человека (кроме половых) содержится по 46 хромосом. Хромосомы являются носителями наследственных задатков организма, передающихся от родителей потомству.

Большинство клеток содержит одно ядро, но существуют и многоядерные клетки (в печени, в мышцах и др.). Удаление ядра делает клетку нежизнеспособной.

    Цитоплазма – полужидкая слизистая бесцветная масса, содержащая 75-85% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3%жиров и липидов, 1% неорганических и других веществ. Цитоплазматическое содержимое клетки способно двигаться, что способствует оптимальному размещению органоидов, лучшему протеканию биохимических реакций, выделению продуктов обмена и т.д. Слой цитоплазмы формирует разные образования: реснички, жгутики, поверхностные выросты

Цитоплазма  пронизана сложной сетчатой системой, связанной с наружной плазматической мембраной и состоящей из сообщающихся между собой канальцев, пузырьков, уплощённых мешочков. Такая сетчатая система названа вакуолярной системой.

Органоиды.

Цитоплазма  содержит ряд мельчайших структур клетки – органоидов, которые выполняют  различные функции. Органоиды обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Эндоплазматическая сеть.

ЭПС бывает двух видов: гранулярная, состоящая  из канальцев и цистерн, поверхность  которых усеяна зёрнышками (гранулами) и агранулярная, т.е. гладкая (без гран). Граны в эндоплазматической сети ни что иное, как рибосомы.. Зная, что рибосомы в цитоплазме служат местом синтеза белка, можно предположить, что гранулярная ЭПС преобладает в клетках, активно синтезирующих белок. Считают, что агранулярная сеть в большей степени предоставлена в тех клетках, где идёт активный синтез липидов (жиров и жироподобных веществ).

Оба вида эндоплазматической сети не только участвуют  в синтезе органических веществ, но и накапливают и транспортируют их к местам назначения, регулируют обмен веществ между клеткой  и окружающей её средой.

 

Рибосомы – не мембранные клеточные органоиды, состоящие из рибонуклеиновой кислоты и белка. Их внутреннее строение во многом ещё остаётся загадкой. В электронном микроскопе они имеют вид округлых или грибовидных гранул. Каждая рибосомы разделена желобком на большую и маленькую части (субъединицы). Часто несколько рибосом объединяются нитью специальной рибонуклеиновой кислоты (РНК), называемой информационной (и-РНК). Рибосомы осуществляют уникальную функцию синтеза белковых молекул из аминокислот.

Комплекс Гольджи.

Продукты  биосинтеза поступают в просветы полостей и канальцев ЭПС, где  они концентрируются в специальный  аппарат – комплекс Гольджи, расположенный вблизи ядра. Комплекс Гольджи участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки, в формировании лизосом и т.д.

Белки, выработанные в рибосомах, поступают в комплекс Гольджи, а когда они требуются другому органоиду, то часть комплекса Гольджи отделяется, и белок доставляется в требуемое место.

 Лизосомы (от греч. «лизео» – растворяю и «сома» - тело) - это органоиды клетки овальной формы, окружённые однослойной мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, углеводы, липиды. В случае повреждения лизосомной мембраны ферменты начинают расщеплять и разрушать внутреннее содержимое клетки, и она погибает.

 Клеточный центр можно наблюдать в клетках, способных делиться. Он состоит из двух палочковидных телец – центриолей. Находясь около ядра и комплекса Гольджи, клеточный центр участвует в процессе деления клетки, в образовании веретена деления.

 Митохондрии (греч. «митос» - нить, «хондрион» - гранула) называют энергетическими станциями клетки. Такое название обуславливается тем, что именно в митохондриях происходит извлечение энергии, заключённой в питательных веществах.

митохондрии состоят из двух мембран: наружной и  внутренней. Внутренняя мембрана образует выросты, называемые кристами, которые сплошь устланы ферментами. Наличие крист увеличивает общую поверхность митохондрий, что важно для активной деятельности ферментов.

В митохонлриях обнаружены свои специфические ДНК и рибосомы. В связи с этим они самостоятельно размножаются при делении клетки.

Хлоропласты – по форме напоминают диск или  шар с двойной оболочкой –  наружной и внутренней. Внутри хлоропласта  также имеются ДНК, рибосомы и  особые мембранные структуры – граны, связанные между собой и внутренней мембраной хлоропласта. В мембранах  гран и находится хлорофилл. Благодаря  хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света в химическую энергию АТФ (аденозинтрифосфат). Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза углеводов из углекислого газа и воды.

Клеточные включения.относятся углеводы, жиры и белки.

 

Углеводы. Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. К углеводам  относятся глюкоза, гликоген (животный крахмал). Многие углеводы хорошо растворимы в воде и являются основными источниками  энергии для осуществления всех жизненных процессов. При распаде  одного грамма углеводов освобождается    17,2 кДж энергии.

 

Жиры Жиры также служат запасным источником энергии в организме. При полном расщеплении одного грамма жира освобождается 39, 1 кДж энергии.

 

Белки. Белки являются основными  веществами клетки.. Белки служат главным строительным материалом. Они участвуют в формировании мембран клетки, ядра, цитоплазмы, органоидов. Многие белки выполняют роль ферментов (ускорителей течения химических реакций). В одной клетке насчитывается до 1000 разных белков. При распаде белков в организме освобождается примерно такое же количество энергии, как и при расщеплении углеводов.

 

Все эти вещества накапливаются  в цитоплазме клетки в виде капель и зёрен различной величины и  формы. Они периодически синтезируются  в клетке и используются в процессе обмена веществ.

 

 

 

 

 

 

2. Деление клетки. Деление прокариотических клеток

Основная статья: Деление_прокариотических_клеток

 

Прокариотические клетки делятся надвое. Сначала клетка удлиняется. В ней образуется поперечная перегородка. Затем дочерние клетки расходятся.

 

Существует два способа деления  ядра эукариотических клеток: митоз и мейоз

 

Амитоз, или прямое деление, - это  деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования веретена деления (хромосомы в световом микроскопе вообще неразличимы). Такое деление встречается у одноклеточных организмов (например, амитозом делятся полиплоидные большие ядра инфузорий), а также в некоторых высокоспециализированных клетках растений и животных с ослабленной физиологической активностью, дегенерирующих, обреченных на гибель, либо при различных патологических процессах, таких как злокачественный рост, воспаление и т. п. Амитоз можно наблюдать в тканях растущего клубня картофеля, эндосперме, стенках завязи пестика и паренхиме черешков листьев. Такой тип деления характерен для клеток печени, хрящевых клеток, роговицы глаза. Очень часто при амитозе наблюдается только деление ядра, в этом случае могут возникнуть двух- и многоядерные клетки. Если же за делением ядра следует деление цитоплазмы, то распределение клеточных компонентов, как и ДНК, осуществляется произвольно. Амитоз в отличие от митоза является самым экономичным способом деления, так как энергетические затраты при этом весьма незначительны. К амитозу близко клеточное деление у прокариот. Бактериальная клетка содержит только одну, чаще всего кольцевую молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране. Перед делением клетки ДНК реплицируется, и образуются две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых также прикреплена к клеточной мембране. При делении клетки клеточная мембрана врастает между этими двумя молекулами ДНК, так что в конечном итоге в каждой дочерней клетке, оказывается, по одной идентичной молекуле ДНК. Такой процесс получил название прямого бинарного деления.

Подготовка к делению

 

Эукариотические организмы, состоящие из клеток, имеющих ядра, начинают подготовку к делению на определенном этапе клеточного цикла, в интерфазе. Именно в период интерфазы в клетке происходит процесс биосинтеза белка, удваиваются все важнейшие структуры клетки. Вдоль исходной хромосомы из имеющихся в клетке химических соединений синтезируется ее точная копия, удваивается молекула ДНК. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок- хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молеку­лу ДНК. Интерфаза в клетках растений и животных в среднем продолжается 10-20 ч. Затем наступает процесс деления клетки - митоз.

 

 

Деление – это вид размножения клеток. Во время деления клетки хорошо заметны  хромосомы. Набор хромосом в клетках  тела, характерный для данного  вида растений и животных, называется кариотипом.

В любом  многоклеточном организме существует два вида клеток – соматические (клетки тела) и половые клетки или  гаметы. В половых клетках число  хромосом в два раза меньше, чем  в соматических. В соматических клетках все хромосомы представлены парами – такой набор называется диплоидным и обозначается 2n. Парные хромосомы (одинаковые по величине, форме, строению) называются гомологичными.В половых клетках каждая из хромосом в одинарном числе. Такой набор называется гаплоидным и обозначается n.

Наиболее  распространённым способом деления  соматических клеток является митоз. Во время митоза клетка проходит ряд  последовательных стадий или фаз, в  результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, какой был у материнской клетки.

Во время  подготовки клетки к делению –  в период интерфазы (период между  двумя актами деления) число хромосом удваивается. Вдоль каждой исходной хромосомы из имеющихся в клетке химических соединений синтезируется  её точная копия. Удвоенная хромосома  состоит из двух половинок – хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молекулу ДНК. В период интерфазы в клетке происходит процесс биосинтеза белка, удваиваются также все важнейшие  структуры клетки. Продолжительность  интерфазы в среднем 10-20 часов. Затем  наступает процесс деления клетки – митоз.

 

Во время митоза клетка проходит следующие четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

 

В профазе хорошо видны центриоли  – органоиды, играющие определённую роль в делении дочерних хромосом. Центриоли делятся и расходятся к разным полюсам. От них протягиваются  нити, образующие веретено деления, которое  регулирует расхождение хромосом к  полюсам делящейся клетки. В конце  профазы ядерная оболочка распадается, исчезает ядрышко, хромосомы спирализуются и укорачиваются.

 

Метафаза характеризуется наличием хорошо видимых хромосом, располагающихся  в экваториальной плоскости клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид и имеет перетяжку –  центромеру, к которой прикрепляются нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.

 

 В анафазе дочерние хромосомы  расходятся к разным полюсам  клетки.

 

В последней стадии – телофазе – хромосомы вновь раскручиваются и приобретают вид длинных  тонких нитей. Вокруг них возникает  ядерная оболочка, в ядре формируется  ядрышко.