Учебно-методический комплекс дисциплины «Биология клетки» для специальностей:


с. 1 с. 2 с. 3 с. 4

042-18.22.1.7/03-2013

Редакция № от 201 г.

взамен редакции № от г.



стр. из





МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени ШАКАРИМА г.Семей


Документ СМК 3 уровня

УМКД

УМКД

042-18.22.1.7/03-2013



УМКД

Учебно-методические материалы по дисциплине «Биология клетки»



Редакция №

от




УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ
« Биология клетки»
для специальностей: 5В080300 «Охотоведение и звероводство», 5В60700 «Биология»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Семей- 2013




Содержание

1. Глоссарий

2. Лекции

3. Практические занятия

4. Самостоятельная работа студентов

Глоссарий.

Ангстрем Актин

Агранулярная сеть

Активный центр

Адаптация

Аденозинтрифосфат

Амитоз


Анафаза

Бактерии

Биобласты

Вакуоли


Вязкость

Внеклеточные структуры

Гаметогенез Гены

Геном


Гиалуроновая кислота

Гранулярная сеть

Дальтонизм

Жгутики


Зигота

Зрительные пигменты

Изолейцин

Кариолизис

Кариотип

Кинетохор

Полимеры

Псевдопоидия

Пуриновые основания

Протоплазма

Полисомы

Протофибриллы

Протеолитические ферменты

Радиоактивные изотопы

Радиография

Радиоактивные изотопы

Раздражимость

Редукционные тельца

Редупликация

Рефлекторная дуга

Рецепторы

Рибосома


Рибонуклеиновая кислота

Сарколемма

Секреция

Секреторный цикл

Сателлит

Сиаловая кислота

Суберин

Сперматозоиды



Сперматогенез

Тельца Нислля

Трансляция

Тромбоциты

Трипсиноген

Теплопродукция

Урацил

Фагосома


Фагоцитоз

Фермент


Ферритин

Фосфатазы

Хемотаксис

Хитин


Хлоропласт

Хлорофилл

Хроматиды

Хромомеры

Центриоль

Цитозин


Циклоз

Центромеры

Эластин

Эндоплазма



Эндоплазматическая сеть

Эухроматин




2. Лекции

Тема №1: Предмет и задачи биологии клетки
Цель и задачи курса. Краткая история развития биологии клетки в связи с изобретением микроскопа. Понятие о клеточной теории.

Биология – это совокупность наук о жизни. В более широком значении биология соотносится со всем комплексом наук о жизни, включающим множество самых различных направлений, как традиционные зоологию, ботанику и систематику, так и такие отдалённые друг от друга области, как биофизику и экологию.

Биология клетки- это одна из фундаментальных дисциплин естествознания, которая вместе с другими науками изучает закономерности структурной организации живой материи и клеток в процессе развития, соподченности и функциональной взаимосвязи. Студенту необходимо изучить закономерности структурной организации и развития клеток, чтобы познать не только общебиологические законы, но и уметь регулировать жизненные процессы: обмен веществ, развитие, рост, управлять наследственностью а также установить, как они изменяются при различных физиологических состояниях и при патологии.

Предметом исследования биологии клетки является клетка. Биология клетки - наука, изучающая общие закономерности развития, структуры и поведения клеток. Клетки — маленькие мешочки, окруженные очень тонкой жировой пленочкой и содержащие водный раствор нескольких тысяч разных молекул. Большинство организмов на Земле (по численности, вероятно, по биомассе, а возможно, и по числу видов) — одноклеточные: их тела состоят из одного такого мешочка. Но и тела крупных организмов — белого гриба, сосны или человека — состоят из множества подобных мешочков. В организме человека их более 1013 — 10.000.000.000.000 штук! Как это ни удивительно, каждый из этих мешочков — живой. Он обладает всеми основными свойствами живого, в том числе главным из них — способен размножаться с сохранением наследственных свойств.

С помощью разнообразных современных методов исследования (цитохимия, иммунохимия, авторадиография и других) получена ценная информация о сложных функциональных процессах, протекающих в ядерном аппарате, органеллах цитоплазмы и поверхностной мембране клетки.

Влияние окружающей среды, в частности различных экзогенных и эндогенных факторов на клетку, невозможно оценить без изучения межклеточных и клеточно-матриксных взаимоотношений. Подобные исследования способствуют пониманию механизма роста и метастазирования опухолей, иммунного надзора в организме, что в свою очередь помогает разрабатывать новые подходы к лечению рака и иммунных заболеваний.

К основным задачам биологии клетки относят: 1) дальнейшее изучение микроскопических и субмикроскопических структур и химической организации клеток; 2) функции клеточных структур и их взаимодействий; 3) способы проникновения веществ в клетку, выделение их из клетки и роли мембран в этих процессах; 4) реакций клеток на нервные и гуморальные стимулы макроорганизма и на стимулы окружающей среды; 5) реакций клеток на повреждающие воздействия; 6) превращений нормальных клеток в раковые и т.д. В зависимости от объектов и методов исследования развивается ряд разделов: цитогенетика, цитоэкология, радиационная цитология, онколгическая патология, иммуноцитология и т.д.

Клетка является основным структурным и функциональным элементом организма. В 1665 г. Р. Гук рассматривая тонкие срезы высушенной пробки, он обнаружил, что они состоят из множества клеток, М. Мальпиги (1674), Ван Левенгук и Н. Грю (1682) привели данные о строении растений. Впервые определение клетки дал Макс Шультце (1861), охарактеризовав ее как « комочек протоплазмы с лежащим внутри ядром».

В начале 19 в. появились первые попытки создания общих теорий строения организмов, своего рода предвестники будущей клеточной теории. К числу первых теорий относится теория волокнистого и зернистого строения организмов.

Клеточная теория была величайшим биологическим обобщением. Она показывала морфологическую основу единства всей живой природы, создавала возможность общебиологической трактовки жизненных явлений, давала базу для ускорения эволюционной идеи. Таким образом, клеточная теория оказала плодотворное влияние на все направления биологических исследований. Следующий этап форсированного развития биологии клетки был связан с появлением электронного микроскопа.

Новые методы, особенно электронная микроскопия, применение радиоактивных изотопов и высокоскоростного центрифугирования, позволили достичь огромных успехов в изучении строения клетки.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что изучает биология клетки?

2. Краткая история развития?

3. Понятие о клеточной теории?

4. Какие проблемы изучает биология клетки?

5. Чем отличается живая природа от неживой?

6. Кто впервые открыл микроскоп и дал определение клетки?

Литература: 1-10 (основная); 11,12,20,22 (дополнительная)
Тема №2: Методы в биологии клетки. Межклеточные и внутриклеточные механизмы сигнальных взаимодействий
Микроскопические методы (фазово-контрастный, электронный и сканирующий электронный микроскоп). Изучение клеточных макромолекул с помощью радиоактивных изотопов. Фракционирование клеток и клеточного содержимого. Хроматография и электрофорез. Изучение клеток in vitro.
Для изучения клеток разработано множество эспериментальных методов, возможности которых определяет уровень наших знаний в этой области. Поэтому для понимания клеточной биологии необходимо иметь некоторые представления о соответствующих экспериментальных методах.

Световой микроскоп. Разрешающая способность светового микроскопа ограничена длиной световых волн. Его максимальная разрешающая способность составляет 0,25 мкм. Разрешающая способность электронных микроскопов составляет 0,2 нм. Микроскоп представляет собой двухступенчатое увеличительное устройство, в котором изображение увеличивается сначала системой линз объектива, а затем линзой окуляра. Общее увеличение, создаваемое микроскопом, представляет собой произведение увеличений объектива и окуляра. Необходимо различать увеличение, т.е. степень увеличения размеров изучаемого объекта, и разрешающую способность, т.е. четкость воспроизведения деталей объекта.

Разрешающая способность - это наименьшее расстояние между двумя точками (деталями) объекта при котором они видны раздельно. Чем меньше это расстояние, тем больше деталей можно разглядеть на изображении объекта.

Увеличение микроскопа - величина, показывающая во сколько раз линейные размеры изображения, формируемого оптической системой микроскопа, больше линейных размеров объекта. Увеличение микроскопа зависит от увеличений объектива и окуляра и численно равно произведению этих увеличений. При этом необходимо помнить, что объектив увеличивает изучаемый объект, а окуляр - изображение, полученное при помощи объектива. Современные оптические микроскопы имеют предел полезного увеличения до 1500 раз. . Электронный микроскоп представляет собой единственный прибор, который дает возможность непосредственно изучать биологические ультраструктуры. Его разрешающая способность значительно выше, чем у светового микроскопа. В электронном микроскопе электроны проходят через очень тонкие срезы или частицы, так как электроны легко рассеиваются или поглощаются исследуемым объектом. Пройдя через образец, электроны собираются и фокусируются добавочными электромагнитными линзами. Электроны невидимы для человеческого глаза, поэтому они направляются или на флуоресцентный экран, который воспроизводит изображения, или же непосредственно на фотопленку, чтобы получить фотоснимок.

Люминесцентная микроскопия. Предметом изучения в люминесцентной микроскопии является фотолюминесценция гистологических структур, возбуждаемая электромагнитным излучением видимой или ультрафиолетовой области спектра. Различают два вида флюоресценции: собственную и наведенную. Методы хроматографии состоят в том, что раствор, содержащий различные молекулы, пропускают через колонку, наполненную особым обработанным веществом, а затем в нижней части колонки собирают фракции разного объема. Флуоресценция- свечение объекта, возбуждаемое лучистой энергией. При данном исследовании препарат просматривают в ультрафиолетовых или и синих лучах. Различают собственную и наведенную флуоресценцию, вызванную особыми красителями - флуорохромами.

Гистохимические методы исследования позволяют определить химическую природу составных элементов клеток и межклеточного вещества тканей животных организмов. В основе этих методов лежит использование специфических химических реакций с образованием нерастворимых продуктов синтеза, локализованных в области изучаемых структур.

Межклеточные и внутриклеточные механизмы сигнальных взаимодействий

Эволюция многоклеточных организмов основана на способности клеток

поддерживать связь друг с другом. Эта способность необходима для регуляции развития клеток и для их организации в ткани, для контроля роста и деления клеток и для координации их разнообразных активностей. Важное значение и сложность межклеточных взаимодействий у высших животных позволяют предполагать, что с этими процессами связана у них значительная часть всех генов.

По-видимому, клетки поддерживают связь друг с другом тремя способами:

они выделяют химические вещества, передающие сигналы клеткам, расположенным на некотором расстоянии; экспортируют связанные с плазматической мембраной сигнальные молекулы, влияющие на другие, непосредственно контактирующие с другими клетками; образуют щелевые контакты, прямо соединяющие цитоплазму двух клеток.

Известны три типа химической сигнализации:

большинство клеток тела выделяют одно или несколько сигнальных веществ, которые служат локальными химическими медиаторами, поскольку разрушаются или поглощаются так быстро, что воздействуют лишь на клетки ближайшего окружения;

специализированные эндокринные клетки секретируют гормоны, которые разносятся кровью и влияют на клетки-мишени, причем последние могут находиться в самых различных частях организма;

нервные клетки образуют со своими клетками-мишенями специализированные контакты (химические синапсы) и секретируют действующие лишь на очень малых расстояниях химические вещества -нейромедиаторы, влияющие ( в каждом синапсе) только на одну клетку-мишень.

Эндокринные и нервные клетки специально предназначены для химической сигнализации, они совместно координируют различного рода активность миллиардов клеток, составляющих тело высшего животного. Нервные клетки передают информацию намного быстрее эндокринных, так как для передачи сигнала на большие расстояния они не нуждаются в диффузии и кровотоке: сигнал быстро передается по нервному волокну электрическими импульсами. Только в нервных окончаниях, где высвобождается нейромедиатор, эти импульсы преобразуются в химические синапсы. Нейромедиатор достигает клетки-мишени путем диффузии на микроскопически малое расстояние, что занимает меньше миллисекунды. В то время как гормоны в кровотоке очень сильно разбавлены и должны быть способны действовать в чрезвычайно низких концентрациях, разбавление нейромедиаторов не значительно, и их концентрация у определенных участков клеток-мишеней может быть велика.

Гипоталамус-главный регулятор эндокринной системы.

В определенном участке мозга – гипоталамусе – эндокринная и нервная системы физически и функционально связываются друг с другом. Гипоталамус расположен непосредственно над гипофизом и соединен с ним ножкой гипофиза. Гипоталамус осуществляет свою непосредственную функцию с помощью клеток, сочетающих особенности нейрона и эндокринной клетки: у них есть выросты, способные проводить электрические импульсы и в тоже время выбрасывать сигнальные молекулы в кровь.

Поэтому такие клетки называют - нейросекреторными. При стимуляции нейросекреторных клеток гипоталамуса нейронами высших отделов мозга эта клетка выделяет в кровеносные сосуды гипофизарной ножки определенный пептидный гормон, который специфически стимулирует или подавляет секрецию гипофизом другого гормона. Многие из гормонов гипофиза, находящихся под такого рода контролем гипоталамуса, стимулируют какую-либо из других эндокринных желез и вызывают секрецию в кровь третьего гормона. Таким образом, гипоталамус служит главным регулятором эндокринной системы.

Разные клетки по-разному реагируют на один и тот же химический сигнал.

Способность клеток реагировать на определенные внеклеточные сигнальные молекулы зависит от наличия у нее специфических белков-рецепторов, которые связывают эти молекулы. Многие сигнальные молекулы действуют в очень низких концентрациях, и комплементарные им рецепторы, как правило, имеют к ним высокое сродство. Большинство клеток взрослых животных специализировано для выполнения какой-то одной главной функции, и все они имеют характерный набор рецепторов который позволяет им реагировать на все химические сигналы, запускающие или моделирующие эту функцию.

Влияние большинства химических сигналов на клетку – мишень в конечном счете сводится либо к изменению свойств или скорости синтеза уже существовавших в ней белков, либо к инициации синтеза новых белков. В различных клетках – мишенях одни и теже сигнальные молекулы часто затрагивают разные белки и оказывают различное действие. Ацетилхолил стимулирует сокращение клеток скелетной мускулатуры, но замедляет частоту и силу сокращения клеток сердечной мышцы.



Литература: 1-7 (основная), 8- 16 (дополнительная)

Вопросы:


1. В чем состоят сходство и отличия светового и электронного микроскопов, каковы их разрешающие способности и увеличения?

2. Что изучают при помощи рентгеноструктурного анализа, радиоактивных изотопов, хроматографии.

3. Что изучают при помощи культуры клеток, бесклеточных систем.

4. Как протекают механизмы межклеточных и внутриклеточных взаимодействий


Тема № 3: Общее строение прокариотических и эукариотических клеток. Химический состав клетки

Понятие о клетке. Форма. Размеры. Структура. Неклеточные формы живого вещества.

Клетка- это структурная и функциональная единица живых организмов. Этой единице свойственны такие признаки, как воспроизведение, метаболизм, реактивность, изменчивость, совокупность которых может определять жизнь. Впервые определение клетки дал Макс Шультце (1861) году.

Принято называть клетки бактерий и синезеленых водорослей прокариотическими (безъядерные), а клетки всех остальных представителей живого- эукариотическими (ядерными).

До 30-х годов 19 века господствовала оболочная теория строения клетки. Клетка представлялась пузырьком с жидким содержимым. Лишь в 1925 г. чешский биолог Ян Эвангелиста Пуркине в яйце курицы увидел ядро. Английский ботаник Роберт Броун в 1831 г. описал ядро растительной клетки, цитоплазма в то время описывалась, как протоплазма. Немецкий биолог Теодор Шванн сравнивая свои наблюдения по строению животных клеток, а также работ М.Шлейдена и др. ученых впервые сформулировал основные положения об образовании клеток и клеточном строении всех организмов. Он основоположник клеточной теории.

Современное определение гласит,- «клетка есть открытая элементарная живая система, основная структурная единица растительных и животных организмов, способная самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению».

Клетка животного организма называется соматической или телесной, а клетки, воспроизводящие подобные себя, называются половыми.

Клетки разнообразны по своей форме и размерам. По форме клетки бывают круглые, шаровидные, овальные, кубические, призматические, звездчатые, отростчатые, веретенообразные. Любая клетка состоит из цитолеммы (отделяет от внешней среды или от соседних клеток), цитоплазмы (в которой находятся органоиды и включения) и ядра (является фундаментом жизнедеятельности клетки.

Прокариотическая клетка - простейший тип живой клетки, к которым относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Клетки имеют малые размеры (не более 0,5-3,0 мкм в диаметре или по длине), отсутствие ядра. В клетке отсутствует развитая система мембран. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков- гистонов.Различия прокариотических и эукариотических клеток по наличию гистонов указывает на разные механизмы регуляции функции генетического материала

Эукариотическая клетка в отличие от прокариотической имеет ядро, ограниченное двойной мембраной, в котором находится большая часть клеточной ДНК.В цитоплазме различают множество характерных органелл. Из эукариотических клеток состоят самые разнообразные организмы: высшие растения, многоклеточные животные, грибы и т.д. Плазматическая мембрана эукариот, как и у прокариот, состоит из белка, углеводов и липидов. Клеточная стенка, имеющаяся у растений, лежит снаружи от плазматической мембраны. Она состоит из большого числа слоев, каждый слой образован длинными цепями целлюлозных волокон. Такая структура придает клетке жесткость, например как у высших растений, водорослей.

К неклеточным структурам относится: межклеточное вещество, симпласт, синцитии. Межклеточное вещество - вырабатывается такими клетками как - фибробласты, хондробласты. Межклеточное вещество представлено: аморфным веществом, коллагеновыми, эластическими и аргирофильными волокнами. Симпласт представляет собой, относительно большой объем цитоплазматического вещества, в котором содержится не одно, а множество ядер. Например, поперечно-полосатое мышечное волокно, где количество ядер достигает 100 штук; многоядерные клетки плаценты верблюдов; мегакариоциты. Синцитии - клетки, связанные цитоплазматическими перемычками (ретикулярная ткань).

Химические компоненты клетки можно разделить на неорганические (вода и минеральные соли) и органические ( белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды и т.д.). Цитоплазма растительной и животной клетки содержит 75-85 % воды, 10-20% белка, 2-3 % липидов, 1% углеводов и 1 % неорганических веществ. Хотя вода является преобладающим компонентом клетки, белки и другие вещества с большим молекулярным весом, легко образующие макромолекулы или молекулярные комплексы, имеют гораздо более важное значение для ее структуры.

Неорганические вещества встречаются в клетке липидами. Соли, диссоциирующие на анионы (например CL) и катионы ( например Na и K), играют важную роль в поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия клетки. Некоторые минеральные компоненты присутствуют в клетке в неионизированной форме. Например железо, связанное с углеродом, обнаружено в гемоглобине , ферритине. Марганец и медь найдены в небольших количествах ( менее 0,05%), а ванадий, цинк, никель, молибден и олово- в исчезающее малых количествах, но если они отсутствуют полностью, нормальная активность клетки нарушается.

Важнейшую роль в клетке играют нуклеиновые кислоты . Они состоят из углеводного компонента пентозы или дезоксипентозы), азотистых оснований (пуринов и пиримидинов) и фосфорной кислоты.

Углеводы- вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода,- служат источником энергии для животных и растительных клеток.. Углеводы, имеющие биологическое значение, делятся на три класса: моносахариды, дисахарида и полисахариды.

Липиды можно разбить на несколько основных групп:

1. Простые липиды представляют собой спиртовые эфиры жирных кислот ( жиры и воск).

2. К стероидам относятся адренокортикотропные гормоны, витамин D и желчные кислоты.

3. К сложным липидам относятся фосфатиды, гликолипиды и сфинголипиды.

4. Каротиноиды. Это животные и растительные пигменты, химически принадлежащие к углеводородам и состоящие из двух алифатических колец, соединенных цепью. Они состоят из углеводного компонента пентозы или дезоксипентозы), азотистых оснований (пуринов и пиримидинов) и фосфорной кислоты.



Вопросы для самоконттроля:

1. Дайте определение клетки?

2. Какой формы могут быть клетки и с чем это связано?

3. Что из себя представляет прокариотическая клетка?

4. Что из себя представляет эукариотическая клетка?

5. Перечислите неклеточные структуры?

6. Что входит в молекулярный состав клетки?
Литература: 1-10 (основная); 11,12,15,19,20,22 (дополнительная)
Тема № 4. Проявление жизнедеятельности клеток.

Обмен веществ. Рост клетки. Развитие клетки. Движение клетки. Раздражимость клетки. Секреция клетки. Виды физиологической активности клеток


Признаками жизнедеятельности клеток являются: 1) обмен веществ клетки с окружающей и тканевой жидкостью, 2) рост клетки,3) развитие клетки, 4) движение клетки,5) раздражимость, 6)секреция клеток, 7) размножение клеток.

Обмен веществ- обеспечивает сохранение и самообновление клетки. Обменом веществ называют совокупность всех происходящих химических процессов в клетках, необходимых для жизни. Без обмена веществ жизнь невозможна. В процессе обмена веществ различают две стороны: ассимиляцию и диссимиляцию. Ассимиляция заключается в использовании, усвоении клеткой различных веществ, полученных из окружающей среды, с заключенной в них энергией, в построении и замещении развивающихся составных частей клеточного тела. Диссимиляция заключается в распаде веществ, входящих в состав организма, путем как окисления в присутствии кислорода, так и бескислородного распада- брожения. Рост клетки - осуществляется на основе обмена веществ. Размеры клетки увеличиваются, если веществ синтезируется больше, чем их распад, т.е. если ассимиляция преобладает над диссимиляцией.

Развитие клетки сопровождается качественными изменениями, происходящими в течение всей ее жизни, от возникновения до смерти. С возрастом в клетках уменьшается количество воды, снижается интенсивность обмена веществ и накапливаются продукты обмена.

Движение клетки. Они перемещаются в пространстве не повреждая свою структуру, оно бывает: активным и пассивным. Активное движение- когда у клетки есть специальные органы передвижения (жгутики, реснички) и специальные образования в форме сократительных фибриллей внутри клетки. Пассивное движение- когда клетка перемещается с помощью жидкости и хемотаксисов.

Раздражимость клетки. Окружающая среда постоянно оказывает различное воздействие на живую клетку и в целом на организм, это является раздражителем, а ответная реакция на это раздражитель, называется раздражимостью.

Секреция представляет собой одну из наиболее важных функций клетки. В многоклеточном организме существует два вида секреции: 1) внешняя, когда продукты синтеза выводятся во внешнюю среду, 2) внутренняя, когда продукты синтеза выделяются в циркуляторную систему самого организма и затем воздействуют на другой орган или его часть.



Вопросы для самоконтроля:

1. Перечислите признаки жизнедеятельности клеток?

2. Какими путями протекает обмен веществ в клетке?

3. За счет чего происходит рост клетки?

4. Перечислите виды движения клеток?

5. Что такое раздражимость клетки?

6. Объясните электрические явления и теплопродукцию в клетке.

7. Какие виды секреции Вы знаете?



Литература: 1-10 (основная); 11,12,15,20,22 (дополнительная)
Тема №5: Ферменты и метаболизм клетки. Движение веществ в клетку и из клетки
Ферменты. Номенклатура. Специфичность. Активный центр фермента. Метаболизм клетки. Осмос, диффузия, фильтрация, пиноцитоз, фагоцитоз. Распределение веществ между клеткой и средой.

Метаболизм можно определить как совокупность всех химических превращений в клетке. Он включает как процессы катаболизма, при которых вещества разрушаются, так и процессы анаболизма, в результате которых синтезируются новые продукты. Катоболические реакции обычно являются экзергоническими, т.е. они приводят к освобождению энергии; анаболические реакции, напротив, эндергоничны, т.е. требуют затрат энергии.

Ферментами называются биологические катализаторы, ускоряющие химические реакции внутри клетки. Они представляют собой белки, в молекуле которых имеется один или несколько участков для прикрепления субстрата, т.е. вещества, подвергающегося действию данного фермента. Эти участки получили название активных центров.

В основу современной номенклатуры ферментов положена специфичность их действия. Ферменты, которые расщепляют полипептиды (белки) до олигопептидов или аминокислот называются протиеиназами; ферменты расщепляющие фосфорные эфиры, называются фосфатазами. Дегидрогеназы- это ферменты, способные отщеплять водород от различных субстратов. Гидролазы (гидролитические ферменты) составляют большую группу ферментов; они расщепляют субстрат, присоединяя по месту каждой разрываемой связи одну молекулу воды.

Ферментативная активность в отличие от действия неорганических катализаторов является специфической, т.е. каждый фермент способен действовать на один определенный тип субстрата.

Некоторые ферменты существуют в клетке в неактивной форме, называемой зимогеном. Зимогены активируются так называемыми киназами. Например, трипсиноген, вырабатываемый клетками поджелудочной железы, активируются в кишечнике энтерокиназой. Пепсиноген, выделяемый главными клетками слизистой желудка, активируется соляной кислотой (ионами водорода), вырабатываемой обкладочными клетками.

Плазматическая мембрана, окружающая протоплазму любой другой живой клетки, играет очень важную роль в регуляции движения веществ в клетку и из клетки. Эта мембрана не просто пропускает различные вещества, но проявляет определенную избираемость по отношению к тем веществам, которые проникают в клетку или выходят из нее.

Если бросить кристаллик какого-нибудь растворимого красящего вещества в стакан с водой. Краска будет постепенно распространятся, и со временем вся вода окажется окрашенной. Если этот стакан оставить стоять достаточно долго, то краска распределится в воде совершенно равномерно. Этот процесс обусловлен явлением, называемым диффузией.

Осмосом называют особый тип диффузии воды через полупроницаемую мембрану.

Явление осмоса приходиться учитывать при введении в организм лекарственных веществ, именно поэтому большая часть лекарств, предназначаемых для инъекций, готовится на изотоническом растворе. Под действием достаточно высокого давления вода и растворенные частицы могут проходить сквозь мембрану в направлении, противоположенном действию осмотического давления. Гидрастатическое давление заставляет воду выходить через мембрану в направлении, противоположном действию осмотического давления. Этот процесс называется фильтрацией. Фильтрация играет важную роль в функции почек..

Слово пиноцитоз означает «питье клетки». Некоторые клетки, например лейкоциты человека, способны поглощать капельки воды.

Вопросы для самоконтроля:

1.Что такое метаболизм клетки?

2.Дайте определение ферментам?
3. Что называется фильтрацией?

4. Что такое осмос?

5. Что называется диффузией?

Литература: 1-10 (основная); 11,12,14,15,16,20 (дополнительная)
Тема № 6: Современные представления об организации клеточного ядра. Структура и репликация хромосомы
Организация и эволюция ядерного генома. Роль ядра в жизнедеятельности клетки. Структура и химия клеточного ядра. Структура и репликация хромосомы. Теломераза.
Ядро необходимо для жизни клетки, поскольку именно оно регулирует всю ее активность. Связано это с тем, что ядро несет в себе генетическую информацию, заключенную в ДНК и РНК. Деление ядра в свою очередь предшествует клеточному делению, благодаря чему и у всех дочерних клеток имеются ядра.

При оценке физиологического значения ядра в жизни клетки различают два кардинальных аспекта: 1) генетическую функцию и ферментативные влияния ядра в развитии; 2) метаболическую функцию ядра в клетке. Следует отметить, что и первый и второй аспект рассмотрения ядерных функций предполагает сложившуюся ядерно-цитоплазматическую дифференцировку клетки. Ядро и цитоплазма образуют взаимозависимую систему, оба компонента которой не могут продолжительное время существовать автономно.

Клеточное ядро, состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы, хроматина, ядрышка и кариоплазмы.

Форма ядра может варьировать в зависимости от функционального состояния клетки.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран. Наружная мембрана переходит непосредственно в эндоплазматический ретикулум и может быть усеяна рибосомами. Ядерная оболочка пронизана ядерными порами. Через ядерные поры происходит обмен различными материалами между ядром и цитплазмой.

Удельный вес ядра, как правило, больше удельного веса цитоплазмы. Среди структур ядра наибольший удельный вес имеет ядрышко, затем хроматин, а наименьший - ядерный сок. Реакция ядра слабощелочная (PH7,4-7,8), тогда как реакция цитоплазмы слабокислая (PH6,6-6,8). Основную массу ядра составляют белки, занимающие 70-96% сухого веса ядра. Среди белков ядра выделяются нуклеопротеиды-белки, связанные с нуклеиновыми кислотами. Концентрация ДНК в ядре во многих случаях превышает концентрацию РНК. ДНК локализована исключительно в хроматиновых ядра, тогда как РНК - в ядрышке, хроматине, ядерном соке и различных органоидах цитоплазмы. Концентрация РНК в ядрышке в несколько раз выше, чем во внеядрышковой части ядра. Кроме нуклеопротеидов в ядре есть белки, несвязанные с нуклеиновыми кислотами. Гистохимические реакции и биохимический анализ обнаруживают в ядре липиды. Концентрация калия, магния, фосфора, железа и цинка - выше в ядре, чем в цитоплазме.

Хроматин состоит из витков ДНК, присоединенных к гистонам. Слово «хроматин» в переводе означает «окрашенный материал». Во время деления ядра хроматин окрашивается интенсивнее, становится более заметным, что объясняется его конденсацией- образованием туго спирализованных нитей, которые называются хромасомами.

Ядрышко - наиболее плотная структура клетки. Одно из типичных химических свойств ядрышка - высокая концентрация в нем РНК. Чаще всего ядрышки имеют правильную сферическую форму. Размеры ядрышка значительно варьируют в зависимости от физиологического состояния клетки, главным образом в зависимости от интенсивности синтеза белка. Ядрышко находится в постоянной связи с гранулярными структурами ядерного сока. В живой клетке ядерный сок выглядит бесструктурной массой, заполняющей промежутки между структурами ядра. В состав ядерного сока входят различные белки, в т.ч. нуклеопротеиды, гликопротеиды и большинство ферментов ядра.



Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеидный комплекс – хроматин. Белки составляют значительную часть вещества хромосом.

Нуклеосомная организация хроматина. Этот уровень организации хроматина обеспечивается четырьмя видами нуклеосомных гистонов: Н2А, Н2В,Н3, Н4. Они образуют напоминающие по форме шайбу белковые тела- коры, состоящие из восьми молекул ( по две молекулы каждого вида гистонов). Вдоль нуклеосомной нити, напоминающей цепочку бус, имеются области ДНК, свободные от белковых тел. Эти области, расположенные с интервалами в несколько тысяч пар нуклеотидов, играют важную роль в дальнейщей упаковке хроматина, так как содержат нуклеотидные последовательности, специфически узнаваемые различными негистоновыми белками.

Хроматиновая нить. Дальнейшая спирализация нуклеосомной нити обеспечивается гистоном Н1, который, соединяясь с линкерной ДНК и двумя соседними белковыми телами, сближают их друг с другом. В результате образуется более компактная структура, построенная, по типу соленоида.

Интерфазная хромонема. Следующий уровень структурной организации генетического материала обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли. В их образовании принимают участие белки, которые способны узнавать специфические нуклеотидные последовательности вненуклеосомной ДНК, отдаленные друг от друга на расстояние в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки сближают указанные участки с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы. В результате такой упаковки хроматиновая фибрилла диаметром 20-30 нм. Преобразуется в структуру диаметром 100-200 нм. , называемую интерфазной хромонемой. Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергаются дальнейшей спирализации, образуя структурные блоки, объединяющие соседние петли с одинаковой организацией. Они выявляются в интерфазном ядре в виде глыбок хроматина. В зависимости от состояния хроматина выделяют эухроматиновые участки хромосом, отличающиеся меньшей плотностью упаковки в неделящихся клетках и потенциально транскрибируемые, и гетерохроматиновые участки, характеризующиеся компактной организацией и генетической инертностью.

Метафазная хромосома. Вступление клетки из интерфазы в митоз сопровождается суперкомпактизацией хроматина. Отдельные хромосомы становятся хорошо различимы. Митотическая суперкомпактизация хроматина делает возможным изучение внешнего вида хромосом с помощью световой микроскопии. В первой половине митоза они состоят из двух хроматид, соединенных между собой в области первичной перетяжки ( центромеры или кинетохора) особым образом организованного участка хромосомы, общего для обеих сестринских хроматид. Во второй половине митоза происходит отделение хроматид друг от друга. Из них образуются однонитчатые дочерние хромосомы, распределяющиеся между дочерними клетками. В зависимости от места положения центромеры и длины плеч, расположенных по обе стороны от нее, различают несколько форм хромосом: равноплечие, или метацентрические, неравноплечие , или субметацентрические, палочковидные , или акроцентрические, и точковые-очень небольшие , форму которых трудно определить.

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите компоненты интерфазного ядра?

2. Расскажите о химическом составе, строении и функции ядра?

3. Что входит в состав ядрышка?

4. Что входит в состав ядерного сока?

5. Чем представлены хроматиновые структуры?

6. Что из себя представляют хромосомы?

Литература: 1-10 (основная); 11,12,15,19,20,22 (дополнительная)


с. 1 с. 2 с. 3 с. 4

скачать файл