Вопрос 1
Клеточная теория: история и современное состояние. Значение клеточной теории для биологии и медицины.
Клеточная теория сформирована немецким исследователем – зоологом Т. Шванном(1839). В своих теоритических построениях он опирался на работы ботаника М. Шлейдена (считается соавтором теории). Исходя от предположения об общей природе растительных и животных клеток (одинаковый механизм происхождения). Шванн обобщил многочисленные данные в виде теории. В конце прошлого столетия клеточная теория получила дальнейшее развитие в работах Р. Вирхова
Основные положения клеточной теории:
1. Клетка элементарная единица живого, вне клетки жизни нет. Клетка единая система, включающая множество закономерно связанных с друг другом элементов (современная трактовка).
2. Клетки гомологичны по строению и основным свойствам.
3. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки, после удвоения его генетического материала.
4. Многоклеточные организмы представляют собой новую систему взаимосвязанных между собой клеток, объединенных и интегрированных в единую систему тканей и органов с помощью нервной и гуморальной регуляции.
5. Клетки организма тотатипентны так как обладают генетическим потенциалом всех клеток данного организма, но отличаются друг от друга экспрессией гена.
Значение клеточной теории
Клеточная теория позволила понять как зарождается, развивается и функционирует живой организм, то есть создала основу эволюционной теории развития жизни, а в медицине – понимания процессов жизнедеятельности и развития болезней на клеточном уровне – что открыло немыслимые ранее новые возможности диагностики, лечение заболеваний.
|
|
Cтало ясно, что клетка — важнейшая составляющая часть живых организмов, их главный морфофизиологический компонент. Клетка — это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира.
Вопрос 2
Прокариотические и эукариотические клетки.
Прокариотическая клетка (доядерные – 3,5 млрд лет назад) – это наиболее примитивные, очень просто устроенные, сохраняющие черты глубокой древности организмы.(одноклеточные живые организмы не обладающие оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами).
1. Малые размеры клеток
2. Нуклеоид – аналог ядра. Замкнутая кольцевая ДНК.
3. Отсутствуют мембранные органеллы
4. Нет клеточного центра
5. Клеточная стенка особого строения, слизистая капсула.
6. Размножение делением пополам (может происходить обмен генетической информацией).
7. Нет циклоза, экзо- и эндоцитоза.
8. Разнообразие обмена веществ
9. Размер не более 0,5-3 мкм.
10. Тип питания осмотический.
11. Наличие жгутиков плазмид, и газовых вакуолей.
12. 
Размер рибосом 70s
Эукариотическая клетка(ядерные – 1,5-2 млрд лет назад) – надцарство живых организмов, клетки которых содержат ядра:
1. Животные
2. Растения
3. Грибы
Поверхностный аппарат:
-надмембранный комплекс
|
|
-биомембрана (плазмалемма, цитолемма)
- субмембрана
Ядерный аппарат:
-кариолемма (ядерная оболочка)
-кариоплазма
-ядрышко
-хроматин(хромосома)
Цитоплазматический аппарат:
-цитозоль (гиалоплазма)
-органеллы
-включения
Вопрос 3
Согласно жидкостно-мозаичной модели структуры мембраны, предложенной Сингером, биологическая мембрана представляет собой два параллельных слоя липидов (бимолекулярный слой, липидный бислой). Мембранные липиды имеют гидрофобную (углеводородные остатки жирных кислот и др.) и гидрофильную (фосфат, холин, коламин, сахар и т.п.) части. Такие молекулы образуют в клетке бимолекулярные слои: гидрофобные части их повернуты дальше от водного окружения, т.е. друг к другу, и удерживаются вместе сильными гидрофобными взаимодействиями и слабыми силами Лондона-Ван-дер-Ваальса. Таким образом, мембраны на обеих наружных поверхностях гидрофильны, а внутри – гидрофобны. Поскольку гидрофильные части молекул поглощают электроны, они видны в электронном микроскопе как два темных слоя. При физиологических температурах мембраны находятся в жидкокристаллическом состоянии: углеводородные остатки вращаются вдоль своей продольной оси и диффундируют в плоскости слоя, реже перескакивают из одного слоя в другой, не нарушая прочных гидрофобных связей. Чем большую долю составляют ненасыщенные жирные кислоты, тем ниже температура фазового перехода (точка плавления) и тем более жидкой бывает мембрана. Более высокое содержание стеролов с их жесткими гидрофобными молекулами, лежащими в гидрофобной толще мембраны, стабилизирует мембрану (главным образом у животных). В мембрану вкраплены различные мембранные белки. Некоторые из них находятся на внешней или на внутренней поверхности липидной части мембраны; другие пронизывают всю толщу мембраны насквозь. Мембраны полупроницаемы; они обладают мельчайшими порами, через которые диффундируют вода и другие небольшие гидрофильные молекулы. Для этого используются внутренние гидрофильные области интегральных мембранных белков или отверстия между соприкасающимися интегральными белками (туннельные белки)
|
|
Функции биомембран
1. Ограничение и обособление клеток и органелл. Обособление клеток от межклеточной среды обеспечивается плазматической мембраной, защищающей клетки от механического и химического воздействий. Плазматическая мембрана обеспечивает также сохранение разности концентраций метаболитов и неорганических ионов между внутриклеточной и внешней средой
2. Контролируемый транспорт метаболитов и ионов определяет внутреннюю среду, что существенно для гомеостаза, т.е. поддержания постоянной концентрации метаболитов и неорганических ионов, и других физиологических параметров. Регулируемый и избирательный транспорт метаболитов и неорганических ионов через поры и посредством переносчиков становится возможным благодаря обособлению клеток и органелл с помощью мембранных систем.
3. Восприятие внеклеточных сигналов и их передача внутрь клетки а также инициация сигналов.
4. Ферментативный катализ. В мембранах на границе между липидной и водной фазами локализованы ферменты. Именно здесь происходят реакции с неполярными субстратами. Примерами служат биосинтез липидов и метаболизм неполярных ксенобиотиков В мембранах локализованы наиболее важные реакции энергетического обмена, такие, как окислительное фосфорилирование и фотосинтез
5. Контактное взаимодействие с межклеточным матриксом и взаимодействие с другими клетками при слиянии клеток и образовании тканей.
6. Заякоривание цитоскелета, обеспечивающее поддержание формы клеток и органелл и клеточной подвижности
Вопрос 4
Мембранные липиды. Принципы формирования бислоя. Липиды мембран
Состав липидов биологических мембран очень разнообразен. Характерными представителями липидов клеточных мембран являются фосфолипиды, сфингомиелины и холестерин (стероидный липид). Характерной особенностью мембранных липидов является разделение их молекулы на две функционально различные части: не полярные, не несущие зарядов хвосты, состоящие из жирных кислот, и заряженные полярные головки. Полярные головки несут на себе отрицательные заряды или могут быть нейтральными. Наличие неполярных хвостов объясняет хорошую растворимость липидов в жирах и органических растворителях. В эксперименте, смешивая с водой выделенные из мембран липиды можно получить бимолекулярные слои или мембраны толщиной около 7,5 нм, где периферические зоны слоя — это гидрофильные полярные головки, а центральная зона — незаряженные хвосты молекул липидов. Такое же строение имеют все естественные клеточные мембраны. Клеточные мембраны сильно отличаются друг от друга по составу липидов. Например, плазматические мембраны клеток животных богаты холестерином (до 30%), и в них мало лецитина, в то время как мембраны митохондрий богаты фосфолипидами и бедны холестерином. Липидные молекулы могут перемещаться вдоль липидного слоя, могут вращаться вокруг своей оси, а также переходить из слоя в слой. Белки, плавающие в «липидном озере», тоже обладают некоторой латеральной подвижностью. Состав липидов по обе стороны мембраны различен, что определяет асимметричность в строении билипидного слоя.
Вопрос 5
Мембранные белки имеют пересекающие клеточную мембрану домены, но части их выступают из мембраны в межклеточное окружение и цитоплазму клетки. Выполняют функцию рецепторов, т.е. осуществляют передачу сигналов, а также обеспечивают трансмембранный транспорт различных веществ. Белки-транспортеры специфичны, каждый из них пропускает через мембрану только определенные молекулы или определенный тип сигнала.
Классификация:
1. Топологические (поли-, монотопические)
2. Биохимические (интегральные и периферические)
Топологические:
1) политопические, или трансмембранные белки, пронизывающие бислой насквозь и контактирующие с водной средой по обеим сторонам мембраны.
2) Монотопические белки постоянно встроены в липидный бислой, но соединены с мембраной только на одной стороне, не проникая на противоположную.
Биохимические:
1) интегральные прочно встроены в мембрану и могут быть увлечены из липидного окружения только с помощью детергентов или неполярных растворителей
2) периферические белки, которые высвобождаются в сравнительно мягких условиях (например путем солевого раствора)
Вопрос 6
Организация надмембранного комплекса у клеток разных типов. Гликокаликс.
| Надмембранный комплекс | бактерии | растения | животные | грибы |
| 1) слизистая капсула | + | +- | - | - |
| 2)клеточная стенка (оболочка) | + Из муреина | + Из целлюлозы | _ | + Из хитина |
| 3) гликокаликс | - | - | + | - |
У грамположительных бактерий есть однослойная, толщиной 70-80 нм. клеточная стенка, образованная сложным белково-углеводным комплексом молекул (пептидогликаны). Это система длинных полисахаридных (углеводных) молекул, связанных между собой короткими белковыми мостиками. Они располагаются в несколько слоев параллельно поверхности бактериальной клетки. Все эти слои пронизаны молекулами сложных углеводов – тейхоевых кислот.
У грамотрицательных бактерий клеточная стенка более сложная и имеет двойную структуру. Над первичной, плазматической мембраной, строится еще одна мембрана и скрепленная с ней пептидгликанами.
Основным компонентом клеточной стенки растительных клеток является сложный углевод – целлюлоза. Прочность их очень велика и сравнима с прочностью стальной проволоки. Слои макрофибрилл располагаются под углом друг к другу, создавая мощный многослойный каркас.
Гликокаликс.
Эукариотические клетки животных не образуют клеточных стенок, но на поверхности их плазматической мембраны есть сложный мембранный комплекс – гликокаликс. Он образован системой периферических белков мембраны, углеводными цепями мембранных гликопротеинов и гликолипидов, а также надмембранными участками интегральных белков, погруженных в мембрану.
Гликокаликс выполняет ряд важных функций: он участвует в рецепции молекул, содержит молекулы межклеточной адгезии, отрицательно заряженные молекулы гликокаликса создают электрический заряд на поверхности клеток. Определенный набор молекул на поверхности клеток является своеобразным маркером клеток, определяя их индивидуальность и узнаваемость сигнальными молекулами организма. Это свойство имеет очень большое значение в работе таких систем как: нервная, эндокринная, иммунная. В ряде специализированных клеток (например: во всасывающих клетках кишечного эпителия) гликокаликс несет основную функциональную нагрузку в процессах мембранного пищеварения
Вопрос 7