Файл: Биология (раздел 1) Биология это наука о жизни.pdf

БИОЛОГИЯ
(РАЗДЕЛ 1)

Биология - это наука о жизни,
изучающая живые организмы, их строение, функции, индивидуальное развитие, взаимоотношения между ними и окружающей средой, эволюцию
Биология относится к ведущим отраслям естествознания.
Высокий уровень развития биологии служит необходимым условием прогресса медицинской науки и здравоохранения.

3
Клетка – это элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию, основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений

Краткая история создания и развития клеточной теории
4 1665 год - английский физик, секретарь
Лондонского королевского общества
Роберт Гук (1635 - 1703) в работе
«Микрография» описывает строение пробки, на тонких срезах которой он нашел правильно расположенные пустоты, которые назвал «порами, или
клетками»

5 1673 год
- голландский натуралист, основоположник научной микроскопии
Антон ван Левенгук (1632 - 1723) первым открыл мир одноклеточных организмов - описал бактерий (1683) и протистов
(инфузорий)

6
В лаборатории Иоганнеса Мюллера в Берлине были выполнены классические исследования
Теодора Шванна (1810 - 1882), заложившие основание клеточной теории; в 1838 году публикуются 3 предварительных сообщения, а в 1839 году появляется классическое сочинение «Микроскопические исследования о
соответствии в структуре и росте животных и
растений»

7
Исследования Матиаса Шлейдена (1804 - 1881), у которого в 1838 году вышла работа «Материалы
по фитогенезу», натолкнули Шванна на значение ядра в клетке, поэтому Шлейдена часто называют соавтором клеточной теории

8
В 1858 году идею о всеобщем распространении клеточного деления как способа образования новых клеток закрепляет Рудольф Вирхов (1821 -
1902), которую он выразил в виде афоризма:
«Omnis cellula ex cellula» - «Всякая клетка - из
другой клетки»

• Клетка – элементарная единица живого
• Гомологичность клеток: клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов гомологичны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ
• Клетка от клетки: размножение клеток происходит путем их деления
• Интеграция и дифференциация - многоклеточный организм представляет собой сложный ансамбль из множества клеток интегрированных в системе тканей, однако клетки дифференцированы по выполняемой ими функции; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой с помощью нервных и гуморальных систем регуляции
9

Типы клеток
• Прокариотические - не имеют отграниченного мембранами ядра (бактерии)
• Эукариотические - имеют ядро, окруженное двойной мембраной с ядерными порами
(клетки растений, животных, грибов)
10

Плазматическая мембрана
11

• Гликокаликс – внешний по отношению к липопротеидной мембране слой, совокупность разветвленных гликопротеидных и гликолипидных цепочек на поверхности мембраны.
Имеет вид рыхлого волокнистого слоя толщиной 3-4 нм (в некоторых случаях до 100 нм), покрывающего всю поверхность клетки.
• играет важную роль в рецепторно-сигнальной функции
• обеспечивает адгезию клеток на внеклеточный матрикс
• обеспечивает сорбцию ферментов, пристеночное пищеварение, всасывание (микроворсинки кишечных всасывающих клеток)
• выполняет роль ионных «ловушек», создает локальное повышение концентрации ионов для их всасывания (осморегулирующие и выделительные эпителии)
• существенно влияет на состояние околоклеточной среды (гликофорин создает отрицательный заряд на поверхности эритроцитов, препятствуя их агглютинации)
• Гипертрофия гликокаликса приводит к образованию клеточных оболочек
(стенок) у бактерий, грибов, растений или кутикул у ряда животных.

Субмембранный комплекс образован элементами периферического примембранного цитоскелета
(кортикального цитоскелета) и белками, обеспечивающими его связь с мембраной.
Такая организация плазмалеммы определяется как твердо-каркасная жидкостно-мозаичная.
Функционирование кортикального цитоскелета во многом определяет подвижность клеточной поверхности и движение целых клеток
(формирование псевдоподий, движение микроворсинок в клетках кишечного эпителия, образования перетяжки при клеточном делении и др.)

МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ
Различают адгезию и специальные контакты
 Адгезия – прилипание клеточной поверхности к субстрату или другим клеткам с помощью клейкого гликокаликса
Контакты
• Запирающие(плотное соединение) - плотное слияние мембран соседних клеток с помощью специальных интегральных белков.
• Заякоривающие (сцепляющие соединения) - соединяют клетки не только с помощью компонентов мембраны, но также с участием цитоскелета.
Фокальные контакты, десмосомы и полудесмосомы.

• Щелевые контакты – прямая передача химических веществ из клетки в клетку.
Мембраны контактирующих клеток сближаются на расстояние 2-3 нм, образуя узкую щель, а сам контакт осуществляется за счет белковых комплексов – коннексонов, состоящих из белка коннектина.
• Плазмодесмы - канальцы, в которых сливаются плазмалеммы и сама цитоплазма соседних клеток
• Синапс характерен для нервной ткани.
Соединяют нейроны между собой (или с каким-либо другим иннервируемым элементом, например, мышцей) для передачи нервного импульса высокой эффективности.

Ядро
16

Митохондрии
17

Хлоропласты
18

Эндоплазматический ретикулум
19
Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум) была открыта К. Р. Портером в 1945 г.
Эта структура представляет собой систему взаимосвязанных вакуолей, плоских мембранных мешков или трубчатых образований

• Основная функция гранулярной ЭПС - это синтез на рибосомах экспортируемых белков, изоляция от содержимого гиалоплазмы внутри мембранных полостей и транспорт этих белков в другие участки клетки
• Гладкая ЭПС участвует в синтезе жиров, метаболизме гликогена, полисахаридов, стероидных гормонов и некоторых лекарственных веществ (в частности, барбитуратов). В глад. ЭПС проходят заключительные этапы синтеза всех липидов клеточных мембран.
Гладкая ЭПС хорошо развита в мышечных тканях, особенно поперечнополосатых. В скелетных и сердечных мышцах она формирует крупную специализированную структуру — саркоплазматический ретикулум, или L-систему.
20

Аппарат Гольджи
21

Комплекс Гольджи
Аппарат Гольджи ( открыт в 1898 году К.Гольджи ) представляет собой стопку мембранных мешочков (цистерн) и связанную с ней систему пузырьков.
Во время деления клетки комплекс Гольджи распадается до отдельных цистерн (диктиосом).
Основная функция комплекса Гольджи — транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов.
Комплекс Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.
22

Лизосомы
23

Отличия прокариотических и эукариотических клеток
Признак
Прокариоты
Эукариоты
Размер
0,5-
3 мкм
10-100 мкм
Метаболизм
Анаэробный или аэробный
Аэробный
Органеллы
Немногочисленны или отсутствуют
Ядро, митохондрии, хлоропласты, эндоплазматическая сеть и др.
ДНК
Кольцевая, в цитоплазме, лишена гистонов
Длинная, организована в хромосомы и окружена ядерной мембраной
РНК
РНК и белки синтезируются в одном компартменте
Синтез РНК – в ядре, синтез белков – в цитоплазме
24

Отличия прокариотических и эукариотических
клеток
Признак
Прокариоты
Эукариоты
Цитоплазма
Нет цитоскелета, нет движения цитоплазмы, эндо- и экзоцитоза
Цитоскелет из белковых волокон, есть движение цитоплазмы, эндо- и экзоцитоз
Деление
Бинарное деление перетяжкой
Митоз или мейоз
Клеточная организация
Преимущественно одноклеточные Преимущественно многоклеточные с клеточной дифференцировкой
25

•Эукариотическая клетка - система более высокого уровня организации, она не может считаться целиком гомологичной клетке бактерии (клетка бактерии гомологична одной митохондрии клетки человека)
•Гомология всех клеток, таким образом, сводится к наличию у них замкнутой наружной мембраны из двойного слоя фосфолипидов, рибосом и наследственного материала в виде молекул ДНК
26

Основные отличия растительных и животных
клеток
Признак
Растительная клетка
Животная клетка
Размер
10-
100 мкм
10-
30 мкм
Целлюлозная
клеточная стенка
Расположена снаружи от клеточной мембраны
Отсутствует
Пластиды
Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты
Отсутствуют
Клеточный центр
У низших растений
Во всех клетках
Центриоли
Отсутствуют
Есть
Вакуоли
Крупные, заполненные клеточным соком – водным раствором веществ - запасных или конечных продуктов; осмотические резервуары клетки
Обычно мелкие; сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли
27

Признак
Растительная клетка
Животная клетка
Способ питания
Автотрофный (фототрофный, хемотрофный)
Гетеротрофный
Синтез АТФ
В хлоропластах, митохондриях
В митохондриях
Способность к
фотосинтезу
Есть
Нет
Главный резервный
питательный углевод
Крахмал
Гликоген
28

Доклеточные формы жизни
29
 Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни
 Неклеточными формами жизни можно считать вирусы

Вирусы - строение
• Вирусная частица вне клетки называется вирионом
• Величина варьирует от 20 до 300 нм
• Состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или
РНК), белкового чехла – капсида, содержащего структурные белки и ферменты
30

Вирусы - строение
• Форма капсида у различных вирионов различна
• Встречается спиральный тип симметрии, икосаэдрический тип - форма многогранника, смешанный тип (фаги), а также неправильная форма
31

Репликация вирусов
• Адгезия вируса на клетке мишени
• Проникновение нуклеиновой кислоты вируса в клетку
• Транскрипция ДНК с образованием мРНК (или обратная транскрипция РНК вируса в ДНК и последующий синтез мРНК)
• Синтез вирусных белков
• Дупликация ДНК (или РНК) вируса
• Сборка вируса
• Выход из клетки
32

• Признаки живого (обмен веществ, способность к размножению и т.п.) вирусы проявляют только внутри клеток
• Вне клеток вирус по сути является сложным химическим веществом
33

Поток информации
• ДНК → транскрипция → РНК → трансляция → полипептидная цепь → конформационные преобразования → вторичная, третичная и четвертичные структуры белка → функциональная активность
• Наличие регуляторных петель обратной связи (как правило, отрицательных)
34

Поток энергии и вещества
•Углеводы, жирные кислоты, аминокислоты → дыхательный обмен в митохондриях → АТФ → все виды работы в клетке (химическая, осмотическая, электрическая, механическая) → АДФ → дыхательный обмен → и т.д.
•На любую работу тратится энергия АТФ, при этом используется АДФ и Ф, которые активируют ферменты, катализирующие расщепление глюкозы, жирных кислот и аминокислот.
•Энергия расщепления идет на синтез АТФ.
•В аэробной эукариотической клетке синтез АТФ происходит на анаэробном и аэробном этапах дыхания.
•Для восстановления потраченных веществ, клетка должна получать их извне
(автотрофный и гетеротрофный типы питания).
•Образование АТФ в митохондриях неразрывно связано с потоком веществ в клетке, объединяющих пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот
•Объединение происходит в пределах так называемого цикла Кребса, который можно назвать путем «углеродных скелетов» всех метаболитов в клетке
35

• Таким образом, информационные сообщения генов определяют всё: как структурную организацию, химическую энергию макромолекул, так и все их функциональные возможности
• В любой отдельно взятой биологически активной молекуле – вещество неотделимо от структурной информации и химической энергии, а молекулярная информация и энергия как раз и являются теми составляющими, которые обуславливают структурную организацию вещества
• Принцип «от генетической информации, через молекулярную структуру и информационные взаимодействия, к биологическим функциям и управлению” - указывает порядок и взаимообусловленность биологических событий в живой системе на молекулярном уровне
36
Триединство информации, энергии и вещества