Лекция. Структура и функция клетки. Органоиды клетки.

— эндоплазматический ретикулум, или эндоплазматпическая сеть (ЭПС), состоит из густой сети взаимосвязанных трубочек, пузырьков, образующих одну непрерывную поверхность, которая ограничивает замкнутое пространство. Внутреннее пространство ЭПС составляет полость, занимающая более 10% общего объема клетки. Эндоплазматическая сеть — это структурно-функциональная система, осуществляющая обмен и перемещение веществ внутри клетки и образующая единое целое с мембраной ядра.

Через эндоплазматическую сеть проходит обмен веществ с другими клетками. ЭПС бывает двух видов — шероховатая и гладкая:

— шероховатая ЭПС выглядит как система узких плоских канальцев, наружная сторона которых, обращенная к цитоплазме, покрыта рибосомами (рис. ff). На мембранах шероховатой ЭПС происходит синтез только тех белков, которые не используются самой клеткой, поэтому они, не накапливаясь, транспортируются по каналам ЭПС туда, где возникает их недостаток;

— гладкая ЭПС не содержит прикрепленных рибосом; в ее мембранах находятся ферменты синтеза и расщепления углеводов и липидов.

Аппарат Гольджи, названный в честь итальянскогоученого Камилло Гольджи (1844—1926), открывшего его в 1898 г., особенно развит в клетках, вырабатывающих белковый секрет, а также в нейронах и яйцеклетках. Основной структурный элемент комплекса Гольджи — мембрана, которая образует пакеты уплощенных цистерн (диктиосом), крупные вакуоли или мелкие пузырьки. Цистерны аппарата (комплекса) Гольджи, похожие на мешочки, соединены с каналами эндоплазматической сети. Продукты синтеза веществ из каналов ЭПС поступают в аппарат Гольджи, где происходит их накопление, после чего в виде капель или зерен они поступают в цитоплазму или выводятся из клетки наружу. В аппарате Гольджи также образуются лизосомы.

Лизосомы— это самые мелкие из мембранных органоидов клетки. Они представляют собой овальные тельца диаметром до 0,5 мкм. В них содержится почти 30 типов ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и пр. Такой процесс называется лизисом, отсюда и происходит название этого органоида, открытого бельгийским биохимиком Кристианом Рене Де Дювом в 1955 г. Лизосомы образуются из структур комплекса Гольджи или непосредственно из ЭПС.

Вакуоли— мембранные органоиды, содержащие воду и растворенные в ней соединения. В растительных клетках на долю вакуолей приходится до 90% объема. В молодых клетках вакуоли мелкие, по мере роста клетки ее вакуоли сливаются и образуют одну большую вакуоль. Вакуоли обеспечивают клеткам тургорное давление. Высокая концентрация веществ в вакуоли способствует поглощению ею воды, в результате чего протопласт плотно прилегает к клеточной стенке, повышая ее жесткость. Вакуоли поставляют молекулы воды, которые участвуют в фотосинтезе. Животные клетки имеют временные вакуоли, занимающие не более 5% их объема.

В клетке существует единая вакуолярная система, состоящая из эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и вакуолей; все эти компоненты могут переходить один в другой в процессе изменения и перестройки функций мембран.

Микротельца— одномембранные органеллы; их небольшие полости содержат множество ферментов. Фермент каталаза способен разлагать перекись водорода, которая является ядовитым веществом для живых структур. Основные функции микротелец: защитная, ферментативная и метаболическая, т. е. участие в обмене веществ.

2. Двумембранные органоиды клетки— митохондрии и пластиды — сложные структуры, обладающие собственным аппаратом синтеза белка:

— митохондрии (греч. mitos — пить, chondrion — зернышко, крупинка) содержатся во всех типах эукариотных клеток одноклеточных и многоклеточных организмов. Форма их различна: сферическая, овальная, нитевидная, цилиндрическая, размеры от 0,2 до 7 мкм в ; длину. Количество митохондрий в клетке зависит от ее функции и активности. В тех клетках и тканях, где велики затраты энергии, митохондрий больше. Митохондрии имеют наружную гладкую мембрану и внутреннюю, образующую многочисленные складки — кристы. В кристах находятся ферменты. Между мембранами — пространство шириной примерно 10—20 нм. Внутреннее пространство митохондрии заполнено гомогенным веществом — матриксом. Вещество матрикса более плотное, чем то, которое окружает митохондрию. В матриксе присутствуют нити ДНК и РНК, а также рибосомы, что обеспечивает митохондриям самовозобновление путем деления. Митохондрии тесно связаны с мембранами эндоплазматической сети, каналы которой чаете открываются непосредственно в митохондрии. Основная функция митохондрий — синтез универсального источника энергии — АТФ.

Количество митохондрий меняется в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза): в молодых растущих и делящихся клетках их значительно больше, чем в стареющих;

— пластидыприсутствуют только в растительных клетках. Различают три вида пластид: 1) бесцветные — лейкопласты, в них из моносахаридов и дисахаридов синтезируется крахмал (но есть некоторые лейкопласты, которые могут запасать белки или жиры); 2) хромопласты — пластиды желтого, оранжевого или красного цвета, содержащиеся в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах (томаты, шиповник, рябина), в корнеплодах (морковь); 3) хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие пигмент хлорофилл, в котором осуществляется фотосинтез. Число хлоропластов в одной клетке от 1 до 35, оно зависит от типа клеток и вида растения. Хлоропласты располагаются по периферии клетки рядом с цитоплазматической мембраной. У высших растений хлоропласт имеет форму двояковыпуклой линзы. Каждый из них окружен двойной мембраной, обладающей избирательной проницаемостью. В живом и функционирующем хлоропласте содержится до 75% воды. Основная структурная единица хлоропласта — тилакоид, плоский двумембранный мешочек, играющий ведущую роль в процессе фотосинтеза. В мембране тилакоида расположены белки, аналогичные белкам митохондрий, которые участвуют в цепи переноса электронов. Тилакоиды расположены стопками, напоминающими стопки монет (от 10 до 150) и называемыми гранами (рис. 8).

В каждом хлоропласте примерно 50 гран, расположенных в шахматном порядке. В мембранах, формирующих тилакоиды, содержатся ферменты, улавливающие солнечный свет, и ферменты, синтезирующие АТФ. Как и митохондрии, пластиды способны к самостоятельному размножению, не зависящему от деления клетки. Размеры и форма митохондрий и хлоропластов, наличие в их матриксе кольцевой двуцепочечной ДНК и собственных рибосом напоминают строение бактериальных клеток. По существующей теории симбиогенеза предки современных митохондрий и хлоропластов были когда-то самостоятельными прокариотными организмами.

Ядро— важнейшая составная часть клетки эукариотных организмов, оно содержит вещество наследственности ДНК, т. е. гены. Функции ядра: хранение и воспроизведение генетической информации; регуляция процессов обмена веществ, протекающих к клетке. Большинство клеток имеет одно ядро. У некоторых клеток, например печени 2—3 ядра, есть многоядерные клетки.

Строение ядра. Форма ядра зависит от формы клетки.Ядро окружено оболочкой, состоящей из двух мембран. Наружная мембрана покрыта рибосомами, внутренняя — гладкая; пространство между ними заполнено ядерным соком.

Ядерный сок— внутренняя жидкая среда ядра, содержит белки-ферменты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, фибриллярные белки, углеводы, минеральные соли, ионы Са, Mg. Ядерный сок выполняет связующую, транспортную и регуляторную функции.

Хроматин(греч. chroma — цвет, окраска) — нуклеопротеидные нити, из которых состоят хромосомы клеток эукариот (термин ввел немецкий гистолог Вальтер Флемминг (1843—1905)в 1880 г.). Интенсивно окрашивается некоторыми красителями. В цитологии под хроматином подразумевают дисперсное состояние хромосом в интерфазе клеточного цикла. Состав: ДНК, гистоны, негистоновые белки.

Различают генетически неактивный хроматин — гетерохроматин и активный — эухроматин. Последний полностью деспирализован и в световой микроскоп не виден.

Хромосомы(от греч. chroma — цвет и somo — тело) — органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Обладают структурной и функциональной индивидуальностью, способны к самовоспроизведению, сохраняют свою индивидуальность в ряде поколений. Термин «хромосомы» предложен в 1888г. немецким гистологом Вильгельмом Вальдейером (1836—1921).

Хромосомы состоят из одной или нескольких молекул ДНК, связанных с белками — гистонами и др. Молекулы ДНКсоединяются в хромосому с помощью так называемой первичной перетяжки — центромеры. Форма хромосом зависит от положения центромеры. К ней во время деления клетки (митоза) прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на два плеча.

Хромосомный набор в целом —специфический признак вида, т. е. этот набор свойствен только одному конкретному виду организмов. Кариотипом называют совокупность количественных и качественных признаков хромосомного набора соматической клетки. В кариотипе число хромосом всегда четное: половина хромосом от отцовского организма, половина — от материнского. Гомологичные хромосомы имеют одинаковую форму и размеры. Диплоидный, или двойной, набор хромосом имеется в каждой соматической клетке. Гаплоидный, или одинарный, набор хромосом содержится в воспроизводящих (половых) клетках — гаметах. В не делящихся клетках хромосомы не просматриваются, в ядрах хроматин отмечается в виде некоторой сеточки или глыбок.

Ядрышко— характерная структура ядра, оно образуется вокруг участка хромосомы, где закодировано строение р-РНК. Этот фрагмент хромосомы — определенный ген — называется ядрышковым организатором, на нем происходит синтез р-РНК. Ядрышко — это скопление р-РНК и рибосом на разных этапах их формирования. В ядрах разных клеток, а также в ядре одной и той же клетки в зависимости от ее функционального состояния число ядрышек может колебаться от 1 до 5—7 и более. Ядрышки присутствуют только в неделящихся ядрах. Во время деления клеток они исчезают и вновь возникают после деления.

Отличительные признаки растительных и животных клеток

Вирусы (лат. virus — яд) были открыты в 1892 г. русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановским (1864—1920) при изучении возбудителей мозаичной болезни табака. Термин «вирус» был предложен в 1899 г. нидерландским ботаником и микробиологом Мартином Бейеринком (1851 — 1931).

2. Вирусология — наука о вирусах, изучающая их строение, биохимию, систематику и значение. При этом главной задачей является не только обнаружение новых, ранее не исследованных возбудителей болезней у человека, животных и растений, но и определение способов борьбы с вирусами и профилактики заражения ими.

Считается, что наука вирусология возникла в конце XIX в., после того как российский физиолог Дмитрий Иосифович Ивановский открыл вирус табачной мозаики (1892), а французский микробиолог Луи Пастер в поисках средства борьбы с бешенством, не обнаружив самого вируса, но отметив его невидимые в оптический микроскоп свойства, ввел в науку термин «вирус». Началом вирусологии можно также считать конец XVIII в., когда в 1798 г. английский сельский врач Эдуард Дженнер изобрел и внедрил средство для защиты от страшного инфекционного заболевания — оспы. Своим изобретением Э. Дженнер положил начало применению прививок методом вакцинации (лат. vacca — корова). Это название не было случайным, так как содержимое прививки Э. Дженнер взял из пустулы (болячки) у доярки, заразившейся коровьей оспой.

Это была первая в мире живая вакцина. Наряду с живыми вакцинами изготавливаются и применяются убитые вакцины, они производятся из вируса, убитого (инактивированного) формалином. При разных вирусных заболеваниях используют или живые, или убитые вакцины, но часто их применяют вместе для достижения большего эффекта (например, для профилактики клещевого энцефалита).

Время рождения современной вирусологии — 50-е гг. XX в., когда была создана вакцина против полиомиелита, и уже к началу 60-х гг. во всем мире вакцинацию прошли несколько сотен миллионов детей. В результате заболеваемость полиомиелитом во всех странах сразу же резко снизилась.

В 50-е гг. XX в в вирусологии произошли и другие важные события, которые обеспечили ее бурное развитие. Прежде всего, следует назвать разработку методов непрерывного культивирования штаммов живых человеческих клеток в искусственной питательной среде (in vitro — в пробирке). Так была найдена воспроизводимая в пробирке биологическая система выращивания и больших количествах вируса и для изучения, и для массового производства вакцины.

Кроме того, в 50-е гг. изобрели электронный микроскоп с огромной разрешающей способностью. С ним вирусология получила возможность видеть исследуемые объекты, подсчитывать их количество, изучать морфологическую и химическую структуры, размножение и механизмы взаимодействия Вирусов с клеткой хозяина. В эти же годы вирусология обогатилась фундаментальными исследованиями из смежных областей — цитологии, молекулярной биологии и генетики. Все это ускорило процесс накопления научных фактов, открытие новых, ранее неизвестных вирусов — возбудителей различных болезней. Если в конце 60-х гг. XX в. было учтено и описано около 200 видов вирусов, то к началу XXI в. их обнаружено и изучено более 1000 видов.

Проблемы вирусологии.Перед вирусологией в настоящее время стоит много еще нерешенных задач. Первоочередная среди них — найти доступные (дешевые и массовые) и эффективные средства борьбы с такими особо сложными и опасными вирусными заболеваниями, как СПИД, лейкозы и раку человека, а также с вирусными болезнями у растений и животных.

Другая чрезвычайно важная задача, стоящая перед вирусологией, — создать препараты, защищающие организм от инфекции, причем длительного профилактического действия. Эта задача не столь проста, как кажется, Поскольку вирусы, будучи живыми существами, подвержены постоянной наследственной изменчивости и эволюции. Следовательно, то, что стало помогающим средством, спустя некоторое время из-за изменчивости данного вируса оказывается бессильным, и вместо заготовленной заранее вакцины нужно срочно создавать новую. Третья задача, не менее значимая, чем первые, — это выяснение роли скрытых вирусных инфекций и вирусоносительства. Известно, что некоторые вирусы инфицируют клетки хозяина и размножаются в нем без признаков заболевания. Такие скрытые вирусные инфекции широко распространены среди многих групп вирусов, в том числе и оспы. Распознание действия вирусоносительства очень важно и для самого инфицированного организма, и для окружающих.

Большое научное и практическое значение имеет еще одна проблема вирусологии, непосредственно связанная с биотехнологией. Это использование некоторых видов вирусов для решения задач генной инженерии, где вирусы применяются с целью создания in vitro новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке хозяина и синтезировать в ней нужные человеку продукты обмена. Также необходимой является разработка все более совершенных методов исследования природы вирусов и методов массового производства средств защиты от вирусных инфекций.

Решение этих важных научных и практических задач может идти более успешно, если вирусология расширит поиск новых видов вирусов, изучение их экологии и взаимодействий с хозяевами; продолжит исследование молекулярной эволюции вирусов, уточнение системы видов, родов и семейств царства вирусов и т.д. Все это имеет большое значение для жизни и здоровья человечества и природы в целом.

3. Вирусы являются внутриклеточными паразитами, функционирующими на генетическом уровне. Вирусы способны проникать в определенные живые клетки и размножаться только внутри них. Они, имея, собственный генетический аппарат, могут кодировать синтез новых вирусных частиц, при этом вирусы используют биосинтетические и энергетические системы клеток, в которые им удалось внедриться. Вирусы распространены в природе повсеместно, поражают все царства и группы живых организмов. Описано почти 500 видов вирусов, поражающих теплокровных позвоночных, и более 300 вирусов, поражающих высшие растения. Некоторые виды раковых опухолей у животных и, возможно, людей имеют вирусную природу. Вирусы играют большую роль в жизни человека, они являются возбудителями ряда опасных заболеваний: оспы, гепатита, энцефалита, кори, бешенства, гриппа, краснухи, СПИДа. В зависимости от наличия в вирусах молекул ДНК или РНК в качестве генетического аппарата их подразделяют на две группы: ДНК-содержащие и РНК-содержащие.

Строение вирусной частицы: она состоит из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки — капсида (лат. capsa — вместилище) вокруг этой молекулы. Вирусы, обладающие более сложным строением, имеют еще одну оболочку — белковую или липопротеиновую. Особое строение имеют вирусы-бактериофаги.

Проникновению вируса в клетку предшествует связывание его с особым белком-рецептором на ее поверхности. Участок поверхности клетки, к которому присоединяется вирус, погружается в цитоплазму и превращается в вакуоль. Вакуоль, стенки которой состоят из фрагмента цитоплазматической мембраны, может сливаться с другими вакуолями или с ядром. В клетке хозяина происходит редупликация вирусного генома за счет обменных процессов этой клетки и самосборка капсида. Образовавшиеся новые вирусные частицы, повреждая клетку, покидают ее и устремляются в новые клетки.

Особый путь проникновения в клетки свойствен вирусам бактерий — бактериофагам. Они впервые описаны английским вирусологом Фредериком Туортом в 1915 г.

Толстые клеточные стенки бактерий не позволяют белку-рецептору с присоединившимся к нему вирусом погружаться в цитоплазму бактерии. В бактерию через полый стержень проникает только, геном бактериофага, который находится в головке (рис. 16). В цитоплазме бактериальной клетки происходит редупликация генома бактериофага, синтез его белков и формирование капсида. Через определенный промежуток времени клетка бактерии гибнет и новые частицы бактериофага начинают «охоту» за новыми бактериями.

• Термин «бактериофаг» (греч. bakterion палочка и phagos — пожирать) был предложен канадским бактериологом Феликсом Д'Эреллем в 1917 г.

Вирус ВИЧ, вызывающий СПИД(синдром приобретенного иммунодефицита), содержит в качестве генетической информации РНК. Он специфически связывается с клетками крови — лейкоцитами, отвечающими за иммунную защиту организма. Его взаимодействие с этими клетками приводит к снижению их функциональной активности и проявляется у человека в виде иммунодефицита — неспособности противостоять любым инфекциям.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: