«Клеточная теория. Строение клетки». Подготовила и провела: учитель биологии школы 48 г.Орла Рещикова Н.В.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ Цитология (cytos - клетка, logos- наука) – наука, изучающая строение и функции клеток, их размножение, развитие и взаимодействие в многоклеточном организме. Янсен, 1590г. Изобретение микроскопа. Роберт Гук 1665г. – термин «клетка». Ян Пуркинье 1825г. – открыл протоплазму. Роберт Броун 1831г. – открыл ядро. Матиас Шлейден и Теодор Шванн (1838 – 1839 гг.) сформулировали положения клеточной теории: 1.Клетка – единица строения всех живых организмов. 2.Клетки сходны по строению. 3.Рудольф Вирхов (1858 г.): «Cellula e cellula» ( «Каждая клетка из клетки»). 4.Карл Бэр: «Клетка – единица развития» год – создание электронного микроскопа. Основные положения современной клеточной теории 1.Клетка – основная структурно – функциональная и генетическая единица живых организмов, наименьшая единица живого; 2.Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и важнейшим проявлениям процессов жизнедеятельности; 3.Каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; 4.Клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани.

Шлейден (Schleiden) Маттиас Якоб ( , Гамбург – , Франкфурт-на-Майне), немецкий ботаник. Изучал право в Гейдельберге, ботанику и медицину в университетах Гёттингена, Берлина и Йены. Профессор ботаники Йенского университета (1839–62), с 1863 – профессор антропологии Дерптского университета (Тарту). Основное направление научных исследований – цитология и физиология растений. В 1837 Шлейден предложил новую теорию образования растительных клеток, основанную на представлении о решающей роли в этом процессе клеточного ядра. Учёный полагал, что новая клетка как бы выдувается из ядра и затем покрывается клеточной стенкой. Исследования Шлейдена способствовали созданию Т. Шванном клеточной теории. Известны работы Шлейдена о развитии и дифференцировке клеточных структур высших растений. В 1842 он впервые обнаружил ядрышки в ядре.Т. Шванномядрышки Среди наиболее известных трудов ученого – «Основы ботаники» (Grundz ge der Botanik, 1842–43). МАТТИАС ШЛЕЙДЕН

Шванн (Schwann) Теодор ( ), немецкий физиолог. Окончил иезуитский колледж в Кёльне, изучал естественные науки и медицину в Бонне, Вюрцбурге и Берлине. До 1839 работал ассистентом физиолога И. Мюллера в Берлине. В 1839–48 – профессор физиологии и сравнительной анатомии Лувенского университета, в 1848–78 – профессор Льежского университета. Наиболее известны работы Шванна в области гистологии, а также труды, посвящённые клеточной теории. Ознакомившись с работами М. Шлейдена, Шванн пересмотрел весь имевшийся на то время гистологический материал и нашёл принцип сравнения клеток растений и элементарных микроскопических структур животных. Взяв в качестве характерного элемента клеточной структуры ядро, смог доказать общность строения клеток растений и животных. В 1839 вышло в свет классическое сочинение Шванна «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» (Mikroskopische Untersuchungen ber die Uebereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der Tiere und Pflanzen).М. Шлейдена Как гистолог Шванн известен работами по тонкому строению кровеносных сосудов, гладких мышц и нервов. Учёный обнаружил и описал особую оболочку, окружающую нервное волокно (шванновская оболочка). Кроме того, Шванн нашёл в желудочном соке фермент пепсин и установил выполняемую им функцию; проиллюстрировал принципиальную аналогию между процессами пищеварения, брожения и гниения.шванновская оболочка Шванн был членом Лондонского королевского общества (с 1879), Парижской академии наук (с 1879), Королевской бельгийской академии наук, литературы и изящных искусств (c 1841). ТЕОДОР ШВАНН

ВСЕ КЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ ПРОКАРИОТЫ ЭУКАРИОТЫ

СТРОЕНИЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ

ЦИТОПЛАЗМА Цитоплазма составляет основную массу клетки. Она состоит на 85% из воды, на 10% из белков, оставшиеся 5 % приходятся на липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, минеральные соединения. ЦИТОПЛАЗМА ГИАЛОПЛАЗМА ОРГАНОИДЫВКЛЮЧЕНИЯ Гиалоплазма (или цитоплазматический матрикс) представлена однородным мелкозернистым веществом, обеспечивающем вязкость, эластичность, сократимость и движение цитоплазмы. Это коллоидный раствор, который в зависимости от физиологического состояния и воздействия внешней среды может находиться в состоянии золя (жидкости) или геля (более упругого плотного вещества). Гиалоплазма является внутренней средой клетки, где протекают реакции внутриклеточного обмена.

ВКЛЮЧЕНИЯ Включения – это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. ВКЛЮЧЕНИЯ ТРОФИЧЕСКИЕ СЕКРЕТОРНЫЕ ЭКСКРЕТОРНЫЕ Трофические включения представляют собой запасы питательных веществ. В растительных клетках это крахмальные и белковые зёрна, в животных – гликоген в клетках печени и мышцах, капли жира в клетках подкожной жировой клетчатки. Секреторные включения являются продуктами жизнедеятельности клеток желёз внешней и внутренней секреции. К ним относятся ферменты, гормоны, слизь и другие вещества, подлежащие выведению из клетки. Экскреторные включения представляют собой продукты обмена веществ в растительных и животных клетках (кристаллы щавелевой кислоты, щавелевокислого кальция и др.).

ОРГАНОИДЫ Органоиды -это специализированные участки цитоплазмы клетки, имеющие определённую структуру и выполняющие определённые функции в клетке. ОРГАНОИДЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯСПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ митохондриимиофибриллы комплекс Гольджижгутики эндоплазматическая сетьреснички рибосомыпульсирующие вакуоли клеточный центр лизосомы пластиды вакуоли

Клеточные оболочки эукариотических организмов имеют различное строение, но всегда к цитоплазме прилегает плазматическая мембрана, на её поверхности образуется наружный слой. У животных это гликокаликс (образован гликопротеинами, гликолипидами, липопротеинами), у растений – клеточная стенка из мощного слоя волокон клетчатки. Элементарная мембрана имеет толщину 7-10 нм. При рассмотрении в электронный микроскоп элементарная мембрана выглядит трёхслойной – два тёмных слоя, разделённые светлым. Элементарная цитоплазматическая мембрана Цитоплазматическая мембрана выполняет следующие функции: -ограничивает и защищает клетку от воздействия окружающей среды; -регулирует обмен веществ и энергии между клеткой и внешней средой (поступление веществ в клетку происходит путём диффузии, осмоса, активного транспорта, с помощью фагоцитоза или пиноцитоза); -обеспечивает связь между клетками в тканях многоклеточного организма; -выполняет рецепторную функцию.

ЦИТОСКЕЛЕТ В цитоплазме эукариотической клетки имеются скелетные образования в виде микротрубочек и пучков белковых волокон. Элементы цитоскелета, тесно связанные с наружной цитоплазматической мембраной и ядерной оболочкой, образуют сложные переплетения в цитоплазме. Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами, определяет форму клетки, участвует в её движениях, в делении и перемещениях самой клетки, во внутриклеточном транспорте органоидов и отдельных соединений.

ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕТЬ ЭПС представлена системой каналов и полостей, образованных элементарными мембранами и пронизывающих всю гиалоплазму клетки. Выделяют два типа эндоплазматической сети – гладкая (агранулярная и шероховатая (гранулярная). На мембранах гладкой эндоплазматической сети локализованы ферментные системы жирового и углеводного обмена. Здесь происходит синтез жиров и углеводов. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети находятся рибосомы, в которых происходит синтез белков. Мембраны эндоплазматической сети делят клетку на отсеки, изолирующие ферментные системы, что необходимо для их последовательного вступления в биохимические реакции. Непосредственным продолжением эндоплазматической сети является наружная ядерная мембрана. По каналам эндоплазматической сети происходит транспорт веществ, как синтезированных в клетке, так и поступивших извне.

ЛИЗОСОМЫ Лизосомы представляют собой шаровидные тельца диаметром от 0,2 до 1 мкм. Они покрыты элементарной мембраной и содержат около 30 гидролитических ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы. Образование лизосом происходит в комплексе Гольджи. При попадании в цитоплазму клетки пищевых веществ или микроорганизмов ферменты лизосом принимают участие в их переваривании. Лизосомы могут разрушать структуры самой клетки при повреждении их мембран и временные органы эмбрионов и личинок, например хвост и жабры в процессе развития головастиков лягушек. Продукты лизиса через мембрану лизосом поступают в цитоплазму и включаются в дальнейший обмен веществ. лизосомы

ВАКУОЛИ Вакуоли представляют собой участки растительных клеток и простейших, ограниченные элементарной мембраной. Они образуются из расширений эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи. Вакуоли растений содержат клеточный сок и поддерживают тургорное давление. ВАКУОЛИ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ В пищеварительные вакуоли поступают гидролитические ферменты лизосом и происходит внутриклеточное пищеварение, сократительные, собирают и выводящие за пределы клетки продукты диссимиляции и излишки воды и тем самым поддерживающие осмотическое давление клетки. вакуоль

АППАРАТ ГОЛЬДЖИ Аппарат Гольджи или комплекс Гольджи, выявляется в световом микроскопе в животных клетках в виде сложной сети, расположенной вокруг ядра (сетчатый комплекс). В клетках растений и простейших он представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы (диктиосомы). Электронномикроскопические исследования показали, что комплекс Гольджи состоит из элементарных мембран и напоминает стопку рулонов, наложенных друг на друга. Они образуют узкие каналы, расширяющиеся на концах в цистерны, от которых отпочковываются пузырьки. Каналы и цистерны комплекса Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети. Основные его функции: концентрация, обезвоживание и уплотнение синтезированных в клетке белков, жиров, полисахаридов и веществ, поступивших извне, и подготовка их к выведению из клетки либо к использованию в самой клетке; образование лизосом и сборка сложных комплексов органических веществ, например белков и полисахаридов (гликопротеидов)

КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР (ЦЕНТРОСОМА) Это органоид, расположенный вблизи ядра, состоящий из двух мелких гранул – центриолей, окружённых лучистой сферой. С помощью электронного микроскопа установлено, что каждая центриоль представляет собой цилиндрическое тельце длиной 0,3 – 0,5 мкм и диаметром 0,15 мкм. Она состроит из 27 микротрубочек, сгруппированных по три. Функция центросомы состоит в образовании полюсов деления и растягивании хроматид с помощью веретена деления в анафазе митоза.

МИТОХОНДРИИ Митохондрии видны в световой микроскоп в виде палочек, гранул, нитей величиной от 0,5 до 7 мкм. Они имеются во всех клетках, однако число их колеблется в широких пределах (от нескольких единиц до нескольких тысяч). Стенка митохондрий состоит из двух мембран – наружной, гладкой, и внутренней, образующей выросты – кристы, которые вдаются во внутреннее гомогенное содержимое митохондрии (матрикс). В матриксе имеется автономная система биосинтеза белков: митохондриальная ДНК и рибосомы. Основная функция митохондрий – окисление органических соединений до диоксида углерода и воды и накопление химической энергии в макроэргических фосфатных связях АТФ, т.е. в митохондриях протекает кислородный этап энергетического обмена.

ПЛАСТИДЫ Пластиды – органоиды содержащиеся только в растительных клетках. ПЛАСТИДЫ хромопласты хлоропласты лейкопласты (чаще жёлтые или оранжевые) (зелёные) (бесцветные) Хромопласты – пластиды, содержащие растительные пигменты (кроме зелёного), придающие окраску цветкам, плодам, стеблям и другим частям растений благодаря накоплению в них каротиноидов. Лейкопласты – бесцветные пластиды, содержащиеся чаще в неокрашенных частях растений – стеблях, корнях, луковицах и т.п. В них могут синтезироваться и накапливаться белки, жиры и крахмал.

ХЛОРОПЛАСТЫ Хлоропласты содержат зелёный пигмент хлорофилл. Они имеются в листьях, молодых побегах, незрелых плодах. Стенка хлоропласта образована двумя мембранами, под которыми находится бесструктурное содержимое – строма. Строма пронизана системой параллельно расположенных элементарных мембран, являющихся продолжением внутренней мембраны. Их называют тилакоидами. В некоторых местах парные мембраны тилакоидов диаметром около 0,3 мкм плотно прилегают друг к другу, образуя стопки, содержащие хлорофилл, - граны. В гранах протекает световая фаза фотосинтеза, а в тилакоидах стромы – темновая. В строме хлоропластов имеется автономная система синтеза белков (ДНК и рибосомы). Основные функции хлоропластов – фотосинтез и синтез специфических белков.

РИБОСОМЫ Рибосомы представляют собой мелкие сферические органоиды размером от 15 до 35 нм, состоящие из двух неравных субъединиц, содержащие примерно равное количество белка и РНК. Субъединицы рибосом синтезируются в ядрышках и через поры ядерной мембраны поступают в цитоплазму, где располагаются либо на мембранах эндоплазматической сети, либо свободно. При синтезе белков они могут объединяться на информационной РНК в группы (полисомы) числом от 5 до 70. Рибосомы непосредственно участвуют в сборке белковых молекул. Они содержатся в клетках всех типов. Рибосомы на мембране гранулярной ЭПС

ЯДРО Ядро эукариотической клетки (в период интерфазы): ядерная оболочка – внешняя (1) и внутренняя (2) мембраны; 3 – ядрышко; 4 – пора; 5 – гранулярный хроматин; 6 – фибриллярный хроматин; 7 – перинуклеарное пространство; 8 – рибосомы По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15-30%) и РНК (12%). Девяносто девять процентов ДНК клетки сосредоточено в ядре, где она вместе с белками образует комплексы – дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП). Ядро выполняет две главные функции: хранение и воспроизведение наследственной информации и регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке. В процессе деления клеток структуры ядра претерпевают значительные изменения. 7 8

СТРУКТУРЫ ЯДРА Основная функция ядерной оболочки - регуляция обмена. Кроме того, она выполняет защитную функцию. Ядерный сок – это однородная масса. Заполняющая пространство между структурами ядра (хроматином и ядрышками). В его состав входят белки (ферменты), нуклеотиды, аминокислоты и различные виды РНК (и-РНК, т-РНК, р- РНК). Ядерный сок осуществляет взаимосвязь ядерных структур и обмен с цитоплазмой клетки. Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеид (ДНП), выявляемый под световым микроскопом в виде тонких нитей и гранул. Это деспирализованные и гидратированные хромосомы, какими они представлены в интерфазе. В процессе митоза хроматин путём спирализации образует хорошо видимые (особенно в метафазе) интенсивно окрашивающиеся структуры – хромосомы. Типы хромосом: 1 – палочковидная; 2 – неравноплечая; 3 - равноплечая Схема строения метафазной хромосомы: 1 – плечо; 2 – первичная перетяжка (центромера); 3 – вторичная перетяжка; 4 – спутники; 5 – две хроматиды.

Гомологичные хромосомы одинаковы по величине, форме, расположению центромер. Диплоидный набор хромосом соматических клеток организмов определённого вида называется кариотипом. Для каждого кариотипа характерны постоянные число, величина и форма хромосом. При образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в клетку попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется гаплоидным (одинарным – 1n). Основная функция хромосом состоит в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации в клетке. Каждый вид растений и животных имеет определённое, постоянное число хромосом. Так, в ядре соматических клеток у лошадиной аскариды содержится 2 хромосомы, у мухи дрозофилы – 8, у кукурузы – 20, у таракана – 48, у человека – 46. Число хромосом не зависит от уровня организации вида и не всегда указывает на филогенетическое родство. Следует отметить, что во всех соматических клетках число хромосом всегда парное (диплоидное – 2n), т.е. каждая хромосома в наборе имеет себе парную, гомологичную. Хромосомы человека

ЯДРЫШКИ Ядрышки обычно имеют шаровидную форму, не окружены мембраной и находятся в непосредственном контакте с ядерным соком. Они содержат белки и РНК примерно поровну. Ядрышки – непостоянные образования: они исчезают в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. Их образование связано со вторичными перетяжками (ядрышковыми организаторами) некоторых (спутничных) хромосом. В области вторичных перетяжек их локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальной РНК, а в ядрышках происходит формирование субъединиц рибосом, которые затем выходят в цитоплазму через поры в ядерной оболочке. Таким образом, клетки подавляющего большинства живых организмов имеют оформленное, сложно устроенное ядро, цитоплазму с обязательными органоидами и оболочку. Такие клетки называются эукариотическими. Они характерны для грибов, растений и животных. ядрышки

СРАВНЕНИЕ ЖИВОТНОЙ И РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТОК Растительная клетка Животная клетка

ПРОКАРИОТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА Прокариоты (лат. про – вместо, перед; карион – ядро) – древнейшие организмы не обладающие чётко оформленным ядром с оболочкой (кариомембраной) и типичным хромосомным аппаратом. Наследственная информация передаётся и реализуется через ДНК. ПРОКАРИОТЫ ЦИАНЕИ БАКТЕРИИ (СИНЕ-ЗЕЛЁНЫЕ ВОДОРОСЛИ) Строение бактериальной клетки: 1 –клеточная стенка; 2 – наружная мембрана; 3 – мембраны, в которых осуществляется фотосинтез; 4 – хромосома; 5 – мезосома; 6 – вакуоли; 7 – жгутики; 8 – впячивание наружной мембраны; 9 – рибосома 3

Бактерии распространены повсеместно: вода, почва, пищевые продукты. Бактерии – примитивные формы жизни, видимо они были первыми формами жизни на планете Земля. Бактерии могут жить как в аэробных, так и в анаэробных условиях или в тех и других. Энергию получают в процессе дыхания, брожения, фотосинтеза. По форме бывают: кокки палочки или бациллы спириллы Бактерии размножаются делением надвое. Спорообразование (это этап жизненного цикла прокариот, связанный с переживанием неблагоприятных условий).

ОПРЕДЕЛИТЕ СТРУКТУРЫ КЛЕТКИ

ТЕСТ «СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ» Ответьте на вопросы теста: 1.Авторами клеточной теории являются: А) Р.Гук и А.Левенгук; Б) М.Шлейден и Т.Шванн; В) Л.Пастер и И.И.Мечников; Г) Ч.Дарвин и А.Уоллес. 2.Положением клеточной теории следует считать: А) все клетки организма различаются по своим функциям; Б) клетки всех организмов сходны по своему строению; В) обмен веществ присущ только клеткам высших организмов; Г) из клеток состоят только животные и растения. 3.Любая клетка способна: А) к обмену веществ; Б) сокращаться; В) проводить нервный импульс; 4.Плазматическая мембрана е может выполнять функцию: А) транспорта веществ; Б) защиты клетки; В) взаимодействия с другими клетками; Г) синтеза белка. 5.Фотосинтез протекает в: А) гранулярной ЭПС; Б) хлоропластах; В) митохондриях; Г)аппарате Гольджи.

6.Цитоплазма – это: А) внутреннее содержимое клетки без ядра; Б) внутреннее содержимое ядра; В) раствор органических соединений. 7.Биосинтез белка осуществляют : А) митохондрии; Б) ядрышки; В) комплекс Гольджи; Г) рибосомы. 8.Хромосомы отвечают за: А) биосинтез белка; Б) расщепление веществ поступивших в клетку; В) хранение, передачу, воспроизведение наследственной информации; Г) создание энергии АТФ. 9.Протекание реакций обмена веществ в клетке обеспечивает: А) митохондрия; Б) рибосома; В) лизосома; Г) цитоплазма. 10.Обязательные компоненты цитоплазмы клетки, имеющие определённое строение, место расположения, выполняющие определённые функции называются: А) включения; Б) органоиды.

ПРОВЕРЬ СЕБЯ Прочитайте текст, вставьте пропущенные слова: Клетки всех живых организмов сходны по своему строению и состоят из трёх основных структурных компонентов: …, …, …. Клеточная мембрана состоит из двойного слоя липидов и встроенных в него …. Главным хранилищем наследственной информации в клетке считается …. Цитоплазма является внутренним содержимым клетки и может находиться в двух состояниях … или …. В клетке присутствуют одномембранные органоиды: …, лизосомы, …, аппарат Гольджи; двумембранные органоиды: пластиды и … ; немембранные органоиды …. Органоид, представляющий собой несколько мембранных дисков, сложенных стопкой, называется …. В клетке он выполняет разнообразные функции, главная из которых – формирование других одномембранных органоидов - …. За синтез АТФ в клетке отвечают …. В … формируются субъединицы рибосом. Рибосомы отвечают за биосинтез …. В растительной клетке, в отличии от животной есть …. Пластиды бывают трёх типов: …, …, …. В хлоропластах происходит …. Функцию расщипления веществ поступивших в клетку выполняют ….