Лекция №2. ( 2 часа) 1часть. Для студентов заочного отделения 2024 - 2025 учебного года с общим количеством часов - 10.
Содержание лекции:
1. Клеточный уровень, общая характеристика. 2. Методы изучения клетки. 3. Многообразие клеток. 4. Строение клеток различных тканей организма. 5. Общий план строения растительной и животной клеток. 6. Структура клеточной мембраны и её функции. 7. Экзоцитоз, эндоцитоз, фагоцитоз и пиноцитоз. 8. Цитоплазма, её структура и функции. 9. Ядро, рибосомы и эндоплазматическая сеть: строение и функции. 10. Вакуоли, аппарат Гольджи и лизосомы, их строение и функции. 11. Митохондрии и пластиды: строение и функции. 12. Органоиды движения и клеточные включения.
1. Клеточный уровень, общая характеристика.
Клетка — это элементарная единица живого, обладающая всеми свойствами живого: способностью к размножению, обмену веществ, росту, развитию и раздражимости.
Клетки разных организмов могут сильно различаться по размеру, форме и внутреннему строению. Но все они имеют общие черты строения, которые позволяют им выполнять свои функции и поддерживать жизнедеятельность.
Основные компоненты клетки:
- Цитоплазма — полужидкое содержимое клетки, в котором находятся органоиды и включения.
- Органоид — специализированная структура клетки, выполняющая определённые функции (например, митохондрия отвечает за дыхание, а хлоропласт — за фотосинтез).
- Ядро — окружённый мембраной участок цитоплазмы, содержащий наследственную информацию клетки.
В клетках эукариот есть ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой. В клетках прокариот ядра нет, и наследственная информация находится прямо в цитоплазме.
Клеточная мембрана ограничивает клетку от окружающей среды и осуществляет транспорт веществ внутрь клетки и из неё.
Каждая клетка выполняет свою функцию в организме, но все вместе они обеспечивают его жизнедеятельность и функционирование.
2. Методы изучения клетки.
В изучении клеток используются различные методы, которые позволяют получить информацию о строении, функциях и свойствах клеток. Вот некоторые из них:
- Световая микроскопия. Это основной метод изучения клеток, который позволяет увидеть их строение при помощи света. Световой микроскоп позволяет увеличивать изображение в 200–1500 раз.
- Электронная микроскопия. Этот метод использует пучок электронов для получения изображения клеток с очень высоким разрешением. Электронная микроскопия позволяет увидеть детали строения клеток размером до 0,1 нм.
- Центрифугирование. Метод разделения клеточных компонентов по плотности путём вращения в центрифуге. Более тяжёлые компоненты оседают на дно пробирки, а более лёгкие остаются в растворе.
- Хроматография. Метод разделения веществ по их молекулярной массе или другим свойствам. Используется для выделения и очистки белков, нуклеиновых кислот и других молекул.
- Биохимические методы. Позволяют изучать химический состав клеток и процессы, происходящие в них. Включают в себя анализ белков, ферментов, нуклеиновых кислот и других биомолекул.
- Метод меченых атомов (радиоавтография). Метод, основанный на введении в клетку радиоактивных изотопов, которые затем обнаруживаются с помощью авторадиографии. Позволяет изучить распределение веществ в клетке и их участие в процессах обмена веществ.
- Флуоресцентная микроскопия. Метод, использующий флуоресцентные красители для окрашивания определённых структур клетки. Флуоресценция позволяет видеть эти структуры под микроскопом.
- Культура клеток. Метод выращивания клеток вне организма в лабораторных условиях. Позволяет изучать свойства клеток и проводить эксперименты над ними.
Каждый из этих методов имеет свои преимущества и ограничения, и выбор метода зависит от целей исследования и свойств изучаемых клеток.
3. Многообразие клеток.
Клетка — это элементарная единица живого. Она представляет собой сложную систему, которая состоит из множества различных компонентов и выполняет множество функций. Клетки могут быть разных размеров и форм, а также иметь разные функции в зависимости от своего типа.
Прокариотические клетки не имеют ядра и других мембранных органелл. Они являются более простыми по строению и обычно меньше эукариотических клеток. Примерами прокариотических организмов являются бактерии и археи.
В отличие от прокариот, эукариотические клетки имеют ядро и другие мембранные органеллы. Это позволяет им выполнять более сложные функции и обеспечивает большую гибкость в адаптации к различным условиям окружающей среды. Эукариоты включают в себя растения, животных и грибы.
Эукариотические организмы могут быть одноклеточными или многоклеточными. Одноклеточные организмы состоят из одной клетки, которая выполняет все функции, необходимые для поддержания жизни. Многоклеточные организмы, напротив, состоят из многих клеток, которые специализируются на выполнении определённых функций.
Важно отметить, что клетки постоянно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Это взаимодействие играет ключевую роль в поддержании жизни и обеспечении адаптации к изменяющимся условиям.
Таким образом, многообразие клеток является результатом эволюции и адаптации живых организмов к различным условиям существования. Оно позволяет живым организмам эффективно функционировать и адаптироваться к изменениям окружающей среды.
4. Строение клеток различных тканей организма.
Клетка — это основная структурная и функциональная единица живого организма. В организме человека насчитывается более 200 различных видов клеток, которые выполняют разнообразные функции. Они отличаются по форме, размеру и строению в зависимости от типа ткани, к которой они принадлежат.
Эпителиальная ткань состоит из плотно прилегающих друг к другу клеток, образующих барьер между организмом и окружающей средой. Клетки этой ткани имеют плоскую или кубическую форму и содержат большое количество митохондрий для обеспечения энергией активного транспорта веществ через мембрану. Эпителиальные клетки образуют слизистые оболочки внутренних органов, а также кожу.
Соединительная ткань выполняет опорную, защитную и трофическую функции. Она состоит из клеток и межклеточного вещества, которое может быть жидким (кровь), твёрдым (кость) или эластичным (хрящ). Клетки соединительной ткани разнообразны: фибробласты, макрофаги, тучные клетки и другие. Они синтезируют компоненты межклеточного матрикса, такие как коллаген, эластин и гликозаминогликаны.
Мышечная ткань обеспечивает движение организма и внутренних органов. Её клетки способны сокращаться благодаря наличию специальных белковых нитей — миофибрилл. Мышечные клетки могут быть гладкими (образуют стенки внутренних органов) или поперечнополосатыми (составляют скелетные мышцы).
Нервная ткань отвечает за передачу информации и регуляцию функций организма. Нервные клетки — нейроны — имеют длинные отростки (аксоны и дендриты), которые позволяют им передавать электрические сигналы на большие расстояния. Нейроны взаимодействуют с другими клетками организма через синапсы.
Каждая клетка имеет клеточную мембрану, которая отделяет её содержимое от внешней среды. Внутри клетки находится цитоплазма, содержащая органеллы, необходимые для жизнедеятельности. Ядро содержит генетический материал клетки — ДНК. Таким образом, каждая клетка представляет собой сложную систему, выполняющую определённые функции в организме.
5. Общий план строения растительной и животной клеток.
Клетка — это структурная единица живого, которая обладает всеми признаками жизни. Клетки могут быть одноклеточными или многоклеточными организмами.
Несмотря на разнообразие клеток, их строение подчинено общим закономерностям. Основными компонентами клетки являются:
- Клеточная мембрана (плазмалемма) — отделяет содержимое клетки от внешней среды, обеспечивает поступление в клетку питательных веществ и выведение продуктов обмена, участвует в фагоцитозе и пиноцитозе.
- Цитоплазма — внутренняя среда клетки, в которой находятся органоиды. Она состоит из воды, минеральных и органических веществ. Цитоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие.
- Ядро — содержит наследственную информацию в виде молекул ДНК. В ядре происходит синтез РНК и сборка рибосом.
- Рибосомы — участвуют в синтезе белка. Могут свободно находиться в цитоплазме или прикрепляться к эндоплазматической сети.
- Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система канальцев и цистерн, по которым осуществляется транспорт веществ внутри клетки. ЭПС может быть гладкой и шероховатой (с рибосомами).
- Аппарат Гольджи — комплекс уплощённых цистерн и пузырьков, который принимает участие в секреции и внутриклеточном транспорте веществ.
- Митохондрии — энергетические станции клетки, где происходит окисление органических веществ с образованием АТФ.
- Лизосомы — содержат ферменты, которые расщепляют органические вещества.
- Пластиды (только в растительных клетках) — органоид, содержащий хлорофилл. Участвует в фотосинтезе.
- Вакуоль (только в растительных клетках) — полость, заполненная клеточным соком. Поддерживает тургорное давление.
- Центриоли (только в животных клетках) — участвуют в делении клетки.
В зависимости от типа клетки некоторые из этих компонентов могут отсутствовать. Например, в клетках бактерий нет ядра, митохондрий и пластид. Однако основные принципы строения клеток остаются неизменными.
6. Структура клеточной мембраны и её функции.
Клеточная мембрана — это структура, которая окружает клетку и отделяет её содержимое от внешней среды. Она состоит из двух слоёв липидов (жиров), в которые погружены молекулы белков.
Липидный слой состоит из фосфолипидов, которые имеют гидрофильную («любящую воду») головку и два гидрофобных («боящихся воды») хвоста. Эти хвосты обращены внутрь мембраны, а головки — наружу. Такое строение позволяет мембране быть избирательной в отношении того, что может проходить через неё.
В липидный слой погружены белки, которые выполняют различные функции. Некоторые белки являются каналами или насосами, позволяя определённым веществам проходить через мембрану. Другие белки служат рецепторами, улавливая сигналы из внешней среды. Третьи белки обеспечивают структурную поддержку мембраны.
Основные функции клеточной мембраны:
- Барьерная функция: мембрана защищает клетку от внешних воздействий и регулирует поступление веществ внутрь клетки.
- Транспортная функция: мембрана обеспечивает транспорт веществ в клетку и из неё. Это может быть пассивный транспорт (по градиенту концентрации) или активный транспорт (против градиента концентрации, требующий затрат энергии).
- Рецепторная функция: мембрана содержит рецепторы, которые улавливают внешние сигналы и передают их внутрь клетки.
- Контактная функция: некоторые мембранные белки участвуют в межклеточных контактах и образовании тканей.
Таким образом, клеточная мембрана играет важную роль в жизни клетки, обеспечивая её защиту, транспорт веществ и взаимодействие с окружающей средой.
7. Экзоцитоз, эндоцитоз, фагоцитоз и пиноцитоз.
В живой клетке постоянно происходят процессы поглощения веществ из окружающей среды и выделения продуктов обмена. Эти процессы включают в себя экзоцитоз, эндоцитоз, фагоцитоз и пиноцитоз.
Экзоцитоз — это процесс выведения веществ из клетки путём их перемещения из цитоплазмы во внешнюю среду. Это важный механизм для клеток, которые производят и выделяют различные вещества, такие как гормоны, ферменты и нейромедиаторы.
Пример: Экзоцитоз используется клетками поджелудочной железы для выделения инсулина в кровь.
Эндоцитоз — процесс поглощения клеткой крупных частиц или молекул. Существует два основных типа эндоцитоза: фагоцитоз (поглощение твёрдых частиц) и пиноцитоз (поглощение жидких веществ).
Фагоцитоз — поглощение клеткой твёрдых частиц. Фагоциты, специализированные клетки иммунной системы, используют этот механизм для уничтожения бактерий и других патогенов. Они обволакивают и поглощают чужеродные частицы, образуя фагосомы.
Пример: Макрофаги и нейтрофилы используют фагоцитоз для борьбы с инфекциями.
Пиноцитоз — поглощение жидкости клеткой. Пиноцитозные пузырьки образуются на поверхности клетки и затем сливаются с лизосомами для переваривания содержимого.
Пример: Пиноцитоз позволяет клеткам поглощать питательные вещества и воду из окружающей среды.
Эти процессы играют важную роль в жизни клеток и позволяют им поддерживать гомеостаз и взаимодействовать с окружающей средой.
8. Цитоплазма, её структура и функции.
Цитоплазма — это внутренняя среда клетки, в которой находятся все органоиды и включения. Она представляет собой полужидкое, прозрачное, слизистое вещество, которое постоянно движется и перемещается.
В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие.
Цитоплазму можно разделить на две части: эндоплазму, которая находится ближе к ядру, и эктоплазму, окружающую клетку снаружи. В эндоплазме располагаются все органоиды клетки.
Структура цитоплазмы.
- Матрикс (гиалоплазма) — основное вещество цитоплазмы, которое представляет собой сложную водную коллоидную систему. Матрикс состоит из воды, белков, липидов, углеводов, неорганических ионов и других молекул. Он обеспечивает среду для протекания биохимических реакций и взаимодействий между клетками.
- Органоид — постоянная специализированная структура клетки, выполняющая определённые функции. Органоиды могут быть мембранными (ограниченными мембраной) или немембранными. К мембранным органоидам относятся митохондрии, пластиды, лизосомы, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть и другие. Немембранные органоиды включают рибосомы и клеточный центр.
- Включения — непостоянные компоненты клетки, которые могут появляться и исчезать в зависимости от потребностей клетки. Они представляют собой различные вещества, такие как запасные питательные вещества (жиры, углеводы), продукты метаболизма (пигменты, кристаллы солей) и другие.
Функции цитоплазмы.
- Поддержание формы клетки. Цитоскелет, состоящий из белковых нитей, поддерживает форму клетки и обеспечивает её механическую прочность.
- Транспорт веществ. Внутриклеточный транспорт осуществляется благодаря движению цитоплазмы и наличию транспортных систем.
- Обмен веществ. Все биохимические реакции происходят в цитоплазме, где синтезируются и разрушаются органические молекулы.
- Деление клетки. Во время деления клетки происходит перетяжка цитоплазмы, что приводит к образованию двух дочерних клеток.
- Защита клетки. Некоторые включения, например, пигменты или токсины, могут защищать клетку от вредных воздействий.
Таким образом, цитоплазма играет важную роль в жизни клетки, обеспечивая её функционирование и взаимодействие с окружающей средой.
9. Ядро, рибосомы и эндоплазматическая сеть: строение и функции.
Ядро — это органелла, которая содержит генетическую информацию клетки в виде ДНК. Оно окружено двойной мембраной, называемой ядерной оболочкой. Внутри ядра находится хроматин, который представляет собой комплекс ДНК с белками. В ядре также находятся ядрышки, где происходит синтез рибосомных РНК.
Функции ядра включают:
- Хранение наследственной информации;
- Контроль за процессами жизнедеятельности клетки;
- Участие в делении клетки.
Рибосомы — это маленькие органеллы, которые участвуют в синтезе белков. Они состоят из двух субъединиц — большой и малой, каждая из которых состоит из нескольких десятков белков и нескольких видов РНК (рибосомальной РНК). Рибосомы могут свободно плавать в цитоплазме или прикрепляться к эндоплазматической сети.
Функция рибосом заключается в:
- Синтезе белков на основе информации, полученной от матричной РНК;
- Формировании полипептидных цепей из аминокислот.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — это система мембран, пронизывающая цитоплазму. Она может быть гладкой или шероховатой, в зависимости от наличия рибосом на её поверхности. ЭПС выполняет ряд функций:
- Гладкая ЭПС:Синтез липидов и углеводов;
Детоксикация вредных веществ. - Шероховатая ЭПС:Сборка и модификация белков;
Транспорт белков к другим органеллам.
Таким образом, ядро, рибосомы и ЭПС являются важными компонентами клетки, выполняющими различные функции, связанные с хранением и передачей генетической информации, синтезом белков и других молекул, необходимых для жизнедеятельности клетки.
10. Вакуоли, аппарат Гольджи и лизосомы, их строение и функции.
Вакуоли — это одномембранные органоиды, которые представляют собой полости в цитоплазме клетки. Они могут быть разного размера и формы, а их содержимое может отличаться в зависимости от типа клетки и её функций.
Функции вакуолей:
- Хранение веществ. Вакуоли могут накапливать различные вещества, такие как вода, соли, сахара, пигменты и другие. Это позволяет клетке поддерживать гомеостаз и выполнять свои функции.
- Выведение продуктов обмена. Вакуоли участвуют в процессе выведения из клетки продуктов обмена веществ, таких как токсины и отходы.
- Поддержание тургора. В растительных клетках вакуоли играют важную роль в поддержании тургора, то есть давления, которое обеспечивает упругость и форму клетки.
Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи) — это мембранная структура, которая состоит из плоских цистерн, расположенных параллельно друг другу. Он участвует в модификации, сортировке и упаковке белков и липидов, которые синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме.
Функции аппарата Гольджи:
- Модификация белков и липидов. Аппарат Гольджи модифицирует белки и липиды, добавляя к ним различные химические группы, что может изменять их свойства и функции.
- Сортировка и упаковка. Аппарат Гольджи сортирует и упаковывает модифицированные белки и липиды в везикулы, которые затем транспортируются в другие части клетки или выводятся из неё.
- Синтез сложных молекул. В аппарате Гольджи могут синтезироваться некоторые сложные молекулы, такие как полисахариды и гликопротеины.
Лизосомы — это небольшие мембранные пузырьки, которые содержат ферменты, способные расщеплять различные вещества. Они участвуют в процессах пищеварения и утилизации отходов в клетке.
Функции лизосом:
- Переваривание веществ. Лизосомы переваривают поступившие в клетку питательные вещества, а также уничтожают старые и повреждённые органеллы.
- Утилизация отходов. Лизосомы утилизируют ненужные или вредные вещества, которые могут накапливаться в клетке.
- Защита клетки. Лизосомы могут защищать клетку от бактерий и вирусов, разрушая их своими ферментами.
11. Митохондрии и пластиды: строение и функции.
Митохондрии — это органеллы, которые присутствуют в клетках большинства живых организмов. Они имеют двойную мембрану, которая образует кристы (складки), увеличивающие поверхность для протекания химических реакций. Внутри митохондрий находится матрикс, содержащий ферменты, необходимые для окислительного фосфорилирования.
Функции митохондрий:
- Производство энергии. Митохондрии являются «энергетическими станциями» клетки, так как они производят АТФ (аденозинтрифосфат) — основной источник энергии для всех клеточных процессов.
- Участие в обмене веществ. Митохондрии участвуют в ряде метаболических путей, таких как цикл Кребса и бета-окисление жирных кислот.
Пластиды — это также органеллы, но они присутствуют только в растительных клетках. Существует три типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
- Хлоропласты содержат хлорофилл, зелёный пигмент, который поглощает свет и используется в процессе фотосинтеза. Хлоропласты имеют двойную мембрану и собственную ДНК.
- Хромопласты придают окраску цветам, плодам и осенним листьям. Они могут содержать каротиноиды, антоцианы и другие пигменты.
- Лейкопласты не содержат пигментов и выполняют различные функции, такие как хранение питательных веществ и синтез важных молекул.
Общие функции пластид:
- Фотосинтез. Хлоропласты используют солнечный свет для синтеза органических соединений из углекислого газа и воды.
- Хранение питательных веществ. Хромопласты и лейкопласты могут накапливать питательные вещества, такие как крахмал, масла и белки.
- Синтез важных молекул. Пластиды могут синтезировать некоторые важные молекулы, такие как аминокислоты и жирные кислоты.
12. Органоиды движения и клеточные включения.
Органоиды движения — это структуры внутри клетки, которые обеспечивают её способность двигаться. Они играют важную роль в жизни организмов, помогая им перемещаться, находить пищу и избегать опасности.
К органоидам движения относятся:
- Жгутики — длинные, тонкие выросты, которые вращаются, создавая движение. Жгутики есть у многих одноклеточных организмов, таких как бактерии и простейшие.
- Реснички — короткие, многочисленные выросты, которые также создают движение путём синхронного биения. Реснички есть у некоторых одноклеточных и многоклеточных организмов.
- Ложноножки (псевдоподии) — временные выросты цитоплазмы, которые используются для передвижения и захвата пищи. Ложноножки характерны для амёб и других простейших.
Клеточные включения — это непостоянные структуры в клетке, которые не являются обязательными для её функционирования. Они могут присутствовать в клетке в зависимости от условий окружающей среды и потребностей организма.
Примеры клеточных включений:
- Гликоген — запасное вещество, которое накапливается в клетках печени и мышц. Гликоген служит источником энергии для организма.
- Крахмал — углевод, который накапливается в растительных клетках. Крахмал также служит источником энергии.
- Капли жира — липиды, которые накапливаются в жировых клетках. Жировые клетки служат запасом энергии и теплоизоляцией.
Таким образом мы познакомились с основными структурами клетки, с их строением и выполняемыми в организме функциями.
(Продолжение лекции по теме "Клеточный уровень организации живой материи" смотрите в следующей публикации.)