Клетка, ткань, органы и системы к.м.н. КАРПОВА И.С.

Клетка Цитология - наука о клетке. Цитология изучает строение и химический состав клетки, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных, растений, размножение и развитие клеток. Из 5 царств органического мира, только царство Вирусы, представленные формами живого, не имеют клеточного строения. Остальные 4 царства имеют клеточное строение: царство Бактерии объединяют прокариотов – доядерные формы. Ядерные формы – эукариоты, к ним относятся царства Грибы, Растения, Животные.

Основные положения клеточной теории: Клетка – функциональная и структурная единица живого. Клетка – элементарная система – основа строения и жизнедеятельности организма.

Открытие клетки связано с открытием микроскопа: 1665 г. – Гук изобрел микроскоп и на срезе пробки он увидел ячейки, которые он назвал клетками г. – А. Левингук впервые обнаружил в воде одноклеточные организмы. Начало 19 в. – Я. Пуркинье назвал протоплазмой вещество, заполняющее клетку г. – Броун обнаружил ядро гг. – Шванн сформулировал основные положения клеточной теории.

Основные положения клеточной теории Клетка – главная структурная единица всех организмов. Процесс образования клеток обуславливается ростом, развитием и дифференцировкой растительных и животных клеток г. – вышел труд Рудольфа Вирхова Целлюлярная патология, в которой он связал патологические изменения в организме с изменениями в строении клеток, положив основу патологии – началу теоретической и практической медицины.

Создание клеточной теории Конец 19 в. – Бэр открыл яйцеклетку, показав, что все живые организмы берут начало из одной клетки (зиготы). Было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды, изучен митоз. Начало 20 в. – стало ясным значение клеточных структур и передачи наследственных свойств.

Современная клеточная теория включает следующие положения: Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ. Размножение клеток происходит путем из деления, и каждая новая клетка образуется путем деления исходной (материнской) клетки. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированны по выполняемым функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Современная клеточная теория Клетка – является открытой системой для всех живых организмов, для которой характерны потоки вещества, энергии и информации, связанные с обменом веществ (ассимиляцией и диссимиляцией). Самообновление осуществляется в результате обмена веществ. Саморегуляция осуществляется на уровне обменных процессов по принципу обратной связи. Самовоспроизведение клетки обеспечивается при ее размножении на основе потока вещества, энергии и информации.

Клетка и клеточное строение обеспечивает: Благодаря большой поверхности – благоприятные условия для обмена веществ. Наилучшее хранение и передача наследственной информации. Способность организмов хранить и передавать энергию и превращать ее в работу. Постепенная замена всего организма (многоклеточного) отмирающих частей без замены всего организма. В многоклеточном организме специализация клеток обеспечивает широкую приспосабливаемость организма и его эволюционные возможности. Клетки имеют структурное сходство, т.е. сходство на разных уровнях: атомарном, молекулярном, надмолекулярном и т.д. Клетки имеют функциональное сходство, единство химических процессов метаболизма.

Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки. Химическая организация клетки: 80% - вода. 1-2% - липиды 1-2% - неорганические вещества. 1-2% - нуклеиновые кислоты. 1-1,5% - низкомолекулярные вещества. 1-2% - углеводы % - белки.

Химический состав неорганических веществ клетки: Кислород – % Калий 0,15-0,4% Магний – 0,02-0,03% Цинк – 0,0003% Углерод – 15-18% Фосфор 0,2-0,1% Натрий – 0,02-0,03% Медь – 0,0002% Водород – 8-10% Кальций – 0,04-2,00% Хлор 0,1% Йод – 0,0001% Азот – 1,5-3.0% Железо – 0,01-0,015% Фтор – 0,0001% Сера – 0,15-0,20%

Вода – обязательный компонент клетки. В ней растворены многие вещества, в т.ч. органические (гидрофильные – углеводы и гидрофобные – белки). Вода необходима для работы ферментов. Функции воды: Служит для протекания реакций. Участвует в химических реакциях Регулирует обмен веществ Участвует в терморегуляции Смачивание поступающей пищи. Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры.

Осмос Осмос – проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Давление воды, с которой она давит на мембрану – осмотическое давление. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление называются изотоническими. Растворы: Гипертонические – вызывают сморщивание клеток Гипотонические – вызывают разрыв клеток Тургор – давление, с которым вода давит изнутри на оболочку.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) АТФ обеспечивает клетку энергией. Любое проявление жизнедеятельности нуждается в затрате энергии. Энергетический обмен связан с пластическим. Все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. Для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, т.к. продолжительность жизни ферментов невелика. Через пластический и энергетический обмен осуществляется связь клетки с внешней средой. Живая клетка представляет собой открытую систему, т.к. между клеткой и внешней средой постоянно происходит обмен веществ и энергией.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) Клетка – высокоорганизованная структура, в которой экономно расходуется материалы и энергия и процессы идут с высоким КПД. КПД митохондрий %, хлоропластов – 25%. Использование энергии АТФ: Ассимиляция. Транспорт веществ. Деление клетки и ее органоидов. На процессы жизнедеятельности.

Углеводы Углеводы – органические вещества с общей формулой (CH 2 O) n. В живой клетке - 1-2%, в печени и мышцах – до 5%. В растительной клетке до 90% (картофель, семена). Функции углеводов: Энергетическая – окисление в митохондриях мышц. Строительная – целлюлоза в клеточной стенки растений, хитин в скелете членистоногих.

Белки Белки входят в состав всех организмов. По химической природе – белки – полимеры, мономеры которых – аминокислоты. Аминокислота – органическая кислота. Функции белков: Строительная (мембраны, ядро). Транспортная (перенос О 2 гемоглобином). Ферментативная (ускорение биохимических реакций). Двигательная (сократительная). Защитная (гаммаглобулины). Энергетическая (1 г. – 4,2 ккал). Сигнальная. Нарушение природной структуры белка называется денатурацией. Денатурация бывает обратимой и необратимой. Ренатурация – восстановление структуры белка после прекращения воздействия.

Липиды Липиды – сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Они входят в состав многих клеточных структур. Витамины А, D, E, К – являются жирорастворимыми. Функции жиров: Энергетическая – 1 г. жира – 9,2 ккал. Строительная – входит в состав всех мембран. Некоторые липиды являются предшественниками гормонов – регулируют обмен веществ. Защитная. Терморегуляторная.

Клетка Строение клеток Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток - прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариотические клетки - более простые по строению, по-видимому, они возникли в процессе эволюции раньше. Эукариотические клетки - более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими.

Клетка Прокариоты (от лат. pro - перед, до и греч. κάρον - ядро, орех) - организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов - линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками- гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток - митохондрии и пластиды.

Клетка Эукариоты (эвкариоты) (от греч. ευ - хорошо, полностью и κάρον - ядро, орех) - организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства (кроме динофлагеллят) комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты - митохондрии, а у водорослей и растений - также и пластиды.

Клеточная мембрана Клеточная мембрана – очень важная часть клетки. Она удерживает вместе все клеточные компоненты и разграничивает внутреннюю и наружную среду. Кроме того, модифицированные складки клеточной мембраны образуют многие органеллы клетки. Клеточная мембрана представляет собой двойной слой молекул (бимолекулярный слой, или бислой). В основном это молекулы фосфолипидов и других близких к ним веществ.

Клеточная мембрана Липидные молекулы имеют двойственную природу, проявляющуюся в том, как они ведут себя по отношению к воде. Головы молекул гидрофильные, т.е. обладают сродством к воде, а их углеводородные хвосты гидрофобны. Поэтому при смешивании с водой липиды образуют на ее поверхности пленку, аналогичную пленке масла; при этом все их молекулы ориентированы одинаково: головы молекул – в воде, а углеводородные хвосты – над ее поверхностью. В клеточной мембране два таких слоя, и в каждом из них головы молекул обращены наружу, а хвосты – внутрь мембраны, один к другому, не соприкасаясь таким образом с водой. Толщина такой мембраны ок. 7 нм.

Клеточная мембрана Основная функция клеточной мембраны заключается в регуляции переноса веществ в клетку и из клетки. Поскольку мембрана физически в какой-то мере похожа на масло, вещества, растворимые в масле или в органических растворителях, например эфир, легко проходят сквозь нее. То же относится и к таким газам, как кислород и диоксид углерода. В то же время мембрана практически непроницаема для большинства водорастворимых веществ, в частности для сахаров и солей. Благодаря этим свойствам она способна поддерживать внутри клетки химическую среду, отличающуюся от наружной.

Цитоплазма В цитоплазме имеются внутренние мембраны, сходные с наружной и образующие органеллы различного типа. Эти мембраны можно рассматривать как складки наружной мембраны; иногда внутренние мембраны составляют единое целое с наружной, но часто внутренняя складка отшнуровывается, и контакт с наружной мембраной прерывается. Однако даже в случае сохранения контакта внутренняя и наружная мембраны не всегда химически идентичны. В особенности различается состав мембранных белков в разных клеточных органеллах.

Структура цитоплазмы Жидкую составляющую цитоплазмы также называют цитозолем. Под световым микроскопом казалось, что клетка заполнена чем-то вроде жидкой плазмы или золя, в котором «плавают» ядро и другие органоиды. На самом деле это не так. Внутреннее пространство эукариотической клетки строго упорядочено. Передвижение органоидов координируется при помощи специализированных транспортных систем, так называемых микротрубочек, служащих внутриклеточными «дорогами» и специальных белков динеинов и кинезинов, играющих роль «двигателей».

Эндоплазмати- ческий ретикулум В эукариотической клетке существует система переходящих друг в друга мембранных отсеков (трубок и цистерн), которая называется эндоплазматическим ретикулумом (или эндоплазматическая сеть, ЭПР или ЭПС). Ту часть ЭПР, к мембранам которого прикреплены рибосомы, относят к гранулярному (или шероховатому) эндоплазматическому ретикулуму, на его мембранах происходит синтез белков.

Аппарат Гольджи Аппарат Гольджи представляет собой стопку плоских мембранных цистерн, несколько расширенных ближе к краям. В цистернах аппарата Гольджи созревают некоторые белки, синтезированные на мембранах гранулярного ЭПР и предназначенные для секреции или образования лизосом. Аппарат Гольджи асимметричен - цистерны располагающиеся ближе к ядру клетки (цис- Гольджи) содержат наименее зрелые белки, к этим цистернам непрерывно присоединяются мембранные пузырьки - везикулы, отпочковывающиеся от эндоплазматического ретикулума.

Ядро Ядро окружено двойной мембраной. Очень узкое (порядка 40 нм) пространство между двумя мембранами называется перинуклеарным. Мембраны ядра переходят в мембраны эндоплазматического ретикулума, а перинуклеарное пространство открывается в ретикулярное. Обычно ядерная мембрана имеет очень узкие поры. По-видимому, через них осуществляется перенос крупных молекул, таких, как информационная РНК, которая синтезируется на ДНК, а затем поступает в цитоплазму. Основная часть генетического материала находится в хромосомах клеточного ядра.

Ядро Основная часть генетического материала находится в хромосомах клеточного ядра. Хромосомы состоят из длинных цепей двуспиральной ДНК, к которой прикрепляются основные (т.е. обладающие щелочными свойствами) белки. Иногда в хромосомах имеется несколько идентичных цепей ДНК, лежащих рядом друг с другом, – такие хромосомы называются политенными (многонитчатыми). Число хромосом у разных видов неодинаково. Диплоидные клетки тела человека содержат 46 хромосом, или 23 пары. В неделящейся клетке хромосомы прикреплены в одной или нескольких точках к ядерной мембране. В обычном неспирализованном состоянии хромосомы настолько тонки, что не видны в световой микроскоп. На определенных локусах (участках) одной или нескольких хромосом формируется присутствующее в ядрах большинства клеток плотное тельце – т.н. ядрышко. В ядрышках происходит синтез и накопление РНК, используемой для построения рибосом, а также некоторых других типов РНК.

Лизосомы Лизосомы - это маленькие, окруженные одинарной мембраной пузырьки. Они отпочковываются от аппарата Гольджи и, возможно, от эндоплазматического ретикулума. Лизосомы содержат разнообразные ферменты, которые расщепляют крупные молекулы, в частности белковые. Из-за своего разрушительного действия эти ферменты как бы «заперты» в лизосомах и высвобождаются только по мере надобности. Так, при внутриклеточном пищеварении ферменты выделяются из лизосом в пищеварительные вакуоли. Лизосомы бывают необходимы и для разрушения клеток; например, во время превращения головастика во взрослую лягушку высвобождение лизосомных ферментов обеспечивает разрушение клеток хвоста.

Митохондрии Митохондрии - особые органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ - универсального носителя энергии. Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) происходит также за счёт энзиматических систем митохондрий. Внутренний просвет митохондрий, называемый матриксом отграничен от цитоплазмы двумя мембранами, наружной и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые кристы. В матриксе содержатся различные ферменты, принимающие участие в дыхании и синтезе АТФ.

Цитоскелет К элементам цитоскелета относят белковые фибриллярные структуры, расположенные в цитоплазме клетки: микротрубочки, актиновые и промежуточные филаменты. Микротрубочки принимают участие в транспорте органелл, входят в состав жгутиков, из микротрубочек строится митотическое веретено деления. Актиновые филаменты необходимы для поддержания формы клетки, псевдоподиальных реакций. Роль промежуточных филаментов, по-видимому, также заключается в поддержании структуры клетки. Белки цитоскелета составляют несколько десятков процентов от массы клеточного белка.

Ткани, их строение и функции Организм человека сложная целостная саморегулирующаяся и самовозобновляющаяся система, состоящая из огромного количества клеток. Ткани это совокупность клеток и неклеточных структур (неклеточных веществ), сходных по происхождению, строению и выполняемым функциям. Выделяют четыре основные группы тканей: эпителиальные, мышечные, соединительные и нервную.

Эпителиальные ткани Эпителиальные ткани являются пограничными, так как покрывают организм снаружи и выстилают изнутри полые органы и стенки полостей тела. Особый вид эпителиальной тканижелезистый эпителий образует большинство желез (щитовидную, потовые, печень и др.), клетки которых вырабатывают тот или иной секрет. Эпителиальные ткани имеют следующие особенности: их клетки тесно прилегают друг к другу, образуя пласт, межклеточного вещества очень мало; клетки обладают способностью к восстановлению (регенерации).

Эпителиальные клетки Эпителиальные клетки по форме могут быть плоскими, цилиндрическими, кубическими. По количеству пластов эпителии бывают однослойные и многослойные. Примеры эпителиев: однослойный плоский выстилает грудную и брюшную полости тела; многослойный плоский образует наружный слой кожи (эпидермис); однослойный цилиндрический выстилает большую часть кишечного тракта; многослойный цилиндрический полость верхних дыхательных путей); однослойный кубический образует канальцы нефронов почек. Функции эпителиальных тканей; защитная, секреторная, всасывания.

Мышечная ткань Мышечные ткани обусловливают все виды двигательных процессов внутри организма, а также перемещение организма и его частей в пространстве. Это обеспечивается за счет особых свойств мышечных клеток возбудимости и сократимости. Во всех клетках мышечных тканей содержатся тончайшие сократительные волоконца миофибриллы, образованные линейными молекулами белков актином и миозином. При скольжении их относительно друг друга происходит изменение длины мышечных клеток. Различают три вида мышечной ткани: поперечнополосатую, гладкую и сердечную

Поперечнополосатая (скелетная) мышечная ткань Поперечнополосатая (скелетная) мышечная ткань построена из множества многоядерных волокноподобных клеток длиной 1 12 см. Наличие миофибрилл со светлыми и темными участками, по- разному преломляющих свет (при рассмотрении их под микроскопом), придает клетке характерную поперечную исчерченность, что и определило название этого вида ткани. Из нее построены все скелетные мышцы, мышцы языка, стенок ротовой полости, глотки, гортани, верхней части пищевода, мимические, диафрагма. Особенности поперечнополосатой мышечной ткани: быстрота и произвольность (т. е. зависимость сокращении от воли, желания человека), потребление большого количества энергии и кислорода, быстрая утомляемость.

Сердечная ткань Сердечная ткань состоит из поперечно исчерченных одноядерных мышечных клеток, но обладает иными свойствами. Клетки расположены не параллельным пучком, как скелетные, а ветвятся, образуя единую сеть. Благодаря множеству клеточных контактов поступающий нервный импульс передается от одной клетки к другой, обеспечивая одновременное сокращение, а затем расслабление сердечной мышцы, что позволяет ей выполнять насосную функцию.

Гладкая мышечная ткань Клетки гладкой мышечной ткани не имеют поперечной исчерченности, они веретеновидные, одноядерные, их длина около 0,1 мм. Этот вид ткани участвует в образовании стенок трубко-образных внутренних органов и сосудов (пищеварительного тракта, матки, мочевого пузыря, кровеносных и лимфатических сосудов). Особенности гладкой мышечной ткани: непроизвольность и небольшая сила сокращений, способность к длительному тоническому сокращению, меньшая утомляемость, небольшая потребность в энергии и кислороде.

Нервная ткань Нервная ткань, из которой построены головной и спинной мозг, нервные узлы и сплетения, периферические нервы, выполняет функции восприятия, переработки, хранения и передачи ин- формации, поступающей как из окружающей среды, так и от органов самого организма. Деятельность нервной системы обеспечивает реакции организма на различные раздражители, регуляцию и координацию работы всех его органов.

Нервная ткань Основными свойствами нервных клеток нейронов, образующих нервную ткань, являются возбудимость и проводимость. Возбудимость это способность нервной ткани в ответ на раздражение приходить в состояние возбуждения, а проводимость способность передавать возбуждение в форме нервного импульса другой клетке (нервной, мышечной, железистой). Благодаря этим свойствам нервной ткани осуществляется восприятие, проведение и формирование ответной реакции организма на действие внешних и внутренних раздражителей.

Соединительная ткань Соединительные ткани (ткани внутренней среды) объединяют группы тканей мезодермального происхождения, очень различных по строению и выполняемым функциям. Виды соединительной ткани: костная, хрящевая, подкожная жировая клетчатка, связки, сухожилия, кровь, лимфа и др. Общей характерной чертой строения этих тканей является рыхлое расположение клеток, отделенных друг от друга хорошо выраженным межклеточным веществом, которое образовано различными волокнами белковой природы (коллагеновыми, эластическими) и основным аморфным веществом.

Соединительная ткань У каждого вида соединительной ткани особое строение межклеточного вещества, а следовательно, и разные обусловленные им функции. Например, в межклеточном веществе костной ткани располагаются кристаллы солей (преимущественно соли кальция), которые и придают костной ткани особую прочность. Поэтому костная ткань выполняет защитную и опорную функции. Кровь разновидность соединительной ткани, у которой межклеточное вещество жидкое (плазма), благодаря чему одной из основных функций крови является транспортная (переносит газы, питательные вещества, гормоны, конечные продукты жизнедеятельности клеток и др.).

Соединительная ткань Межклеточное вещество рыхлой волокнистой соединительной ткани, находящейся в прослойках между органами, а также соединяющей кожу с мышцами, состоит из аморфного вещества и свободно расположенных в разных направлениях эластических волокон. Благодаря такому строению межклеточного вещества кожа подвижна. Эта ткань выполняет опорную, защитную и питательную функции.

Органы человека Органы – это часть организма. Он выполняет одну или нескольких основных функций. Например, сердце работает как насос, подающий кровь ко всем участкам тела; мозг управляет мышлением и движением; лёгкие набирают в себя кислород и выделяют углекислый газ в процессе дыхания. Если мы хотим понять, что же происходит в нашем организме, необходимо познакомиться со строением человека и внутренних органов.

Органы человека Головной мозг управляет нашим мышлением и всей нервной деятельностью. Головной мозг состоит из четырёх основных отделов: Большие полушария, мозжечок,варолиев мост, лежащий в основании черепа ниже мозжечка, продолговатый мозг, переходящий в спинной мозг. Спинной мозг,состоящий из связанных с головным мозгом нервов, расположен в позвоночном канале. Нервы спинного мозга – сенсорные. Они передают сигналы от всех органов в головной мозг или к моторным нервам. Моторные нервы, которые идут от головного мозга ко всем частям тела, отвечают за все наши движения. Гипофиз. Железа, лежащая в специальном углублении в основании черепа. Вырабатывает необходимые организму химические вещества – гормоны, которые затем поступают в кровь. Эти гормоны настолько важны для работы других желёз, что гипофиз часто называют главной железой.

Органы человека

Орган часть тела определённой формы и конструкции, имеющая определённую локализацию в организме и выполняющая определённую функцию (функции). Каждый орган образован определёнными тканями, имеющими характерный клеточный состав. Органы, которые объединены функционально, составляют систему органов. В русской анатомической школе системой органов принято считать функционально единую группу органов, которые имеют анатомическое и эмбриологическое родство; группы органов, объединённых только функционально, называются аппаратами органов (опорно- двигательный, речевой, эндокринный и т. д.)

Системы органов человека Центральная нервная система – регуляция и интеграция жизненных функций организма 2. Система органов дыхания – обеспечение организма кислородом, который необходим для всех биохимических процессов, выделение углекислого газа 3. Система органов кровообращения – обеспечение транспорта питательных веществ в клетку и освобождение её от продуктов жизнедеятельности 4. Система органов кроветворения – обеспечение постоянства состава крови 5. Система органов пищеварения – потребление, переработка, усвоение питательных веществ, выделение продуктов жизнедеятельности 6. Система органов мочевыделения и кожа – выделение продуктов жизнедеятельности, очистка организма

Системы органов человека 7. Репродуктивная система – воспроизводство организма 8. Эндокринная система – регуляция биоритма жизни, основных процессов обмена веществ и поддержание постоянства внутренней среды 9. Костно-мышечная система – обеспечение структурности, функций передвижения 10. Лимфатическая система – осуществление очищения организма и обезвреживание чужеродных агентов 11. Иммунная система – обеспечение защиты организма от вредных и чужеродных факторов 12. Периферическая нервная система – обеспечение протекания процессов возбуждения и торможения, проведение команд ЦНС до рабочих органов

Спасибо за внимание! Вопросы?