Презентація "Основи цитології: Еукаріотична клітина"

Основи цитології: Еукаріотична клітина Хлус Лариса Миколаївна, к.б.н., доцент

Визначення: Клітина – це елементарна структурно-функціональна одиниця організму, яка складає основу його життєдіяльності та володіє всіма ознаками живого: подразливістю, збудливістю, скоротливістю, обміном речовиною та енергією з навколишнім середовищем, високою складністю, доцільністю й ефективністю організації

Основні принципи молекулярної логіки клітини: Жива клітина – це здатна до самоорганізації, саморегуляції і самовідтворення ізотермічна система, що споживає вільну енергію та сировинні ресурси з навколишнього середовища; В клітині здійснюється велика кількість послідовних хімічних реакцій, які прискорюються біологічними каталізаторами – ферментами, що синтезуються в самій клітині; Клітина сама підтримує себе в стаціонарному динамічному стані, далекому від рівноваги з навколишнім середовищем, і працює за принципом максимальної економії компонент, процесів і енергії; Здатність клітини до точного самовідтворення впродовж багатьох поколінь забезпечується самовідновлюваною системою генетичного кодування

Основні структурні компоненти еукаріотичної клітини: Поверхневий апарат – складається із зовнішньої (плазматичної) мембрани, надмембранних комплексів, які клітина виділяє додатково, та зв’язаних з мембраною розміщених під нею структур; Цитоплазма – займає основну частину внутрішнього вмісту клітини; в ній розміщені органели, вакуолі та включення; Ядро – виокремлена частина клітини, обмежена ядерною оболонкою

Будова еукаріотичної клітини: поверхневий апарат Клітинна мембрана (плазматична мембрана, плазмолемма) – зовнішня напівпроникна (вибірково пропускає речовини) оболонка клітини; Мембрана містить білки, жироподібні речовини (переважно, фосфоліпіди) та невелику кількість вуглеводів; Надмембранні структури – глікокалікс (клітини найпростіших та багатоклітинних тварин), клітинна стінка рослин; Зовнішній шар цитоплазми – ектоплазма – позбавлений органел, часто ущільнений, може містити зв’язані з мембраною опорно-скоротливі структури – мікрофіламенти і мікротрубочки, здатні перебудовуватися в залежності від функціонального стану клітини. В клітинах, які мають війки та джгутики, ці структури забезпечують координацію роботи рухового апарату; при амебоїдному русі та фагоцитозі – беруть участь в утворенні псевдоподій

Основні функції мембрани: Погранична – забезпечення стабільності хімічного складу клітини та захист від несприятливих зовнішніх впливів (на поверхні мембрани при цьому виділяється синтезована клітиною додаткова захисна оболонка – клітинна стінка); Транспортна – забезпечення проникнення в клітину різних хімічних речовин та виведення з неї продуктів життєдіяльності; Рецепторна – взаємодія білкових компонентів мембрани з різними факторами зовнішнього середовища з наступним запуском певних внутрішньоклітинних процесів; завдяки цьому клітини здатні сприймати та диференціювати хімічні, механічні та інші впливи

Еукаріотична клітина: мембранний транспорт Пасивна дифузія – низькомолекулярні речовини (гази, вода, деякі неорганічні іони) надходять по градієнту концентрації; клітина може істотно впливати на швидкість переносу; Осмос – однонаправлена дифузія (відбувається, якщо молекули розчиненої речовини не можуть проходити скрізь напівпроникну мембрану); Активний транспорт – переміщення речовини проти градієнту концентрації за допомогою спеціальних молекул – “переносників” із використанням енергії АТФ; Транспорт у мембранній “упаковці” – ендоцитоз (поглинання) та екзоцитоз (викидання назовні, за межі клітини)

Фагоцитоз і піноцитоз Фагоцитоз відкритий І.І. Мєчніковим у 1880-ті рр. в клітинах личинок голкошкірих та лейкоцитах; пізніше виявилося, що він широко розповсюджений серед еукаріот; При фагоцитозі захоплення часточок відбувається за допомогою псевдоподій, в утворенні яких бере участь як мембрана, так і зовнішній шар цитоплазми – ектоплазма; часточка опиняється всередині замкненого мембранного пухирця – фагосоми, чи травної вакуолі; Піноцитоз – другий різновид транспорту в мембранній упаковці; в його основі – здатність мембрани зв’язувати на поверхні частки діаметром менше 1 мкм за рахунок різних сил хімічної та фізико-хімічної взаємодії; після зв’язування мембрана вгинається і утворюється піноцитозний пухирець

Будова еукаріотичної клітини: цитоплазма Складається з більш щільного желеподібного зовнішнього шару – ектоплазми та більш рідкого внутрішнього – ендоплазми; В цитоплазмі містяться органели, які утворюють робочий апарат клітини, а також різноманітні вакуолі та включення; Вакуолі – дрібні, заповнені рідиною пухирці, оточені зовні мембраною; в тваринних клітинах існують тимчасово та виконують травну й осморегуляторну функції; більшість рослинних клітин містить одну велику сталу вакуоль, заповнену клітинним соком (розчином мінеральних солей та цукрів); Включення – зважені у цитоплазмі тверді та рідкі колоїдні частки (кристали солей, крапельки жиру, крохмальні зерна, грудочки глікогену тощо)

Органели Найдрібніші утворення в цитоплазмі різних типів, кожне з яких відіграє життєво важливу роль у хімічних реакціях в клітині. Розрізняють загальні органели та органели спеціального призначення; Загальні органели є обов’язковими складовими практично всіх клітин, незалежно від їх морфологічної диференціації та функціональної спеціалізації. До них належать: ендоплазматичний ретикулюм, апарат Гольджі, мітохондрії, лізосоми; Наявність органел спеціального призначення не є обов’язковою умовою існування клітин, але без них майже неможлива спеціалізація клітин. Найбільш універсальні за будовою серед спеціальних органел центріолі, пластиди, джгутики, війки, скоротливий апарат м’язових клітин тощо

Більшість органел являють собою структури, оточені мембранами. За цією ознакою розрізняють одномембранні, двомембранні та немембранні органели; До одномембранних належать: ендоплазматичний ретикулум (ЕПР), апарат Гольджі, лізосоми; До двомембранних – ядро, мітохондрії, пластиди

Вакуолярна система клітини Займає ≈ 17 % об’єму клітини, площа мембран – до 60 %; включає всі одномембранні органели, ендосоми, екзоцитозні вакуолі; Спільні риси органел вакуолярної системи: Генезис – всі їхні мембрани, а також плазмолема, беруть початок з ЕПР, де синтезуються їх білки та ліпіди, внаслідок чого збільшується загальна площа мембран; Хімічні перетворення синтезованих у цій системі біомолекул, які в її компартментах підлягають додатковим модифікаціям, сортуванню, після чого транспортуються всередині клітини чи за її межі; Будова: всі органели утворені з мембранних міхурців, цистерн, канальців і під час дезорганізації розпадаються на дрібні вакуолі

Ендоплазматичний ретикулум (ЕПР) ЕПР (ЕПС) утворений сукупністю цистерн та каналів, оточених мембраною внутрішнього типу. Розрізняють шорсткий (гранулярний, зернистий) та гладенький (агранулярний) ЕПР, які можуть вільно переходити один в одний; На зовнішній поверхні мембрани шорсткого ЕПР містяться рибосоми – органели синтезу білку. Синтез білку є основною функцією цього різновиду ЕПР; Рибосоми – округлі частки діаметром 20-30 нм. Кожна рибосома складається з 2 частин – великої та малої субодиниць, які зв’язані між собою тільки в процесі синтезу білку. До складу обох входять білки та магнієва сіль специфічної рибосомальної рибонуклеїнової кислоти (рРНК). Крім ЕПР, рибосоми зустрічаються в мітохондріях та пластидах; Гладенький ЕПР майже не має рибосом і в різних за спеціалізацією клітинах може виконувати різні функції: участь у секреторній діяльності залозистих клітин, забезпечення іонних процесів при м’язових скороченнях тощо; ЕПР є місцем синтезу мембранних ліпідів та виконує роль внутрішньоклітинної транспортної системи

Апарат Гольджі Синоніми АГ – комплекс чи тільце Гольджі, або диктіосома; Спеціальна область гладенького ЕПР, яка збирає та розподіляє утворені в клітині речовини; Являє собою стопку плескатих блюдцеподібних цистерн, оточену численними пухирцями. Має 2 полюси: регенераторний та секреторний; На регенераторному полюсі до АГ вливаються пухирці, оточені мембранами внутрішнього типу. Вони приносять з ЕПР речовини, які потрібно вивести з клітини, ферменти лізосом та мембранний матеріал для оновлення цистерн; Переміщуючись від цистерни до цистерни, речовини концентруються, за необхідності – зазнають хімічних перетворень та сортуються; На секреторному полюсі АГ відбувається перебудова мембран, внаслідок якої секреторні гранули та лізосоми, які тут “відшнуровуються”, мають мембрану зовнішнього типу і можуть зливатися з плазмалемою

Лізосоми Органели внутрішньоклітинного травлення – округлі мішечки, які містять активні ферменти; АГ продукує так звані первинні лізосоми – мембранні пухирці з травними ферментами. Вони зливаються з фагосомами (травними вакуолями), утворюючи вторинні лізосоми. При цьому відбувається ферментативне перетравлювання часточок їжі, захоплених фагосомами, після чого цикл може повторюватися; Лізосоми захоплюють та знищують за допомогою ферментів чужорідні тіла (наприклад, бактерії); Лізосоми також знищують дефектні органели клітини

Мітохондрії Синонім – хондріосоми; тільця від кулястої до ниткоподібної форми, розмірами – не більше 0,5х1,0х5,0 мкм; кількість в клітині – від кількох до кількох тисяч; Оточені двома мембранами – зовнішньою та внутрішньою; Зовнішня мембрана за властивостями близька до мембран ЕПР та може з ними контактувати; Внутрішня є особливим різновидом біологічних мембран; її поверхня збільшена за рахунок численних складок – крист та містить велику кількість різних ферментів, завдяки чому білків в її складі значно більше, ніж ліпідів; Мітохондрії – центральні органели енергетичного обміну клітини: ферменти внутрішньої мембрани забезпечують синтез АТФ; Внутрішній вміст мітохондрій – матрикс включає низку ферментів аеробної (кисневої) стадії метаболізму, а також рибосоми та невелику кількість нуклеїнових кислот: ДНК у вигляді кільцевих молекул та РНК

Пластиди Властиві рослинним клітинам, за будовою близькі до мітохондрій; Під подвійною мембраною містяться мембранні структури – грани, які мають вигляд стопок з щільно спакованих дисків – тилакоїдів; в гранах можуть міститися пігменти; Вміст пластид – строма містить рибосоми та певну кількість нуклеїнових кислот (так само, як матрикс мітохондрій)

Типи пластид: Хлоропласти – містять хлорофіл та близькі до нього зелені чи бурі пігменти; Хромопласти – містять червоні та жовті пігменти; Хлоропласти і хромопласти є органелами енергетичного обміну (як і мітохондрії): в них відбуваються реакції синтезу органічних речовин з використанням променистої енергії – фотосинтез; Лейкопласти – безбарвні, не містять пігментів; основна функція – накопичення запасних органічних речовин (найчастиіше – крохмалю)

Центріолі Властиві клітинам тварин (за винятком більшості одноклітинних) та деяким нижчим рослинам; розміщуються по 2 в товщі цитоплазми – центросомі; Являють собою порожнисті циліндри діаметром ≈150 нм та довжиною 300-500 нм, стінки яких утворені 27-ма мікротрубочками, зібраними у групи по три (триплетами); Кожна центріоль складається з двох циліндрів та має Т-подібну форму; Коли клітина готується до поділу, центріолі діляться, а під час мітозу дочірні центріолі розходяться до протилежних полюсів клітини; при цьому між ними виникає мітотичне (ахроматинове) веретено

Війки та джгутики Спеціалізовані органели руху практично ідентичної будови; В окремому джгутику чи війці розрізняють основу (за будовою – як центріоль) та вільну ділянку – виріст цитоплазми, вкритий мембраною; Вільна ділянка містить скоротливий апарат, утворений 9-ма парами (дублетами) мікротрубочок по периферії та двома непарними – в центрі; на кінцевій ділянці дублети переходять в синглети, які мають по 1-й мікротрубочці

Клітинне ядро: будова Частина клітини, обмежена ядерною оболонкою, яка утворена двома мембранами внутрішнього типу з вузьким простором між ними; Оболонка має пори складної будови, які забезпечують безперервний транспорт речовин з ядра в цитоплазму та в зворотному напрямі; Внутрішній вміст – нуклеоплазма чи каріолімфа містить 1 чи більше (до 5-ти) ядерець та генетичний матеріал – ДНК; Ядерце – місце синтезу РНК; ДНК зберігається у хромосомах, які між поділами клітини перебувають у деспіралізованому стані, утворюючи хроматин

Клітинне ядро: функції Збереження генетичної інформації – забезпечується підтриманням незмінної структури ДНК, що досягається шляхом репараційних процесів (ферментативне відновлення пошкоджених ділянок ДНК); Передача спадкової інформації дочірнім клітинам під час поділу (мітозу та мейозу) з попередньою обов’язковою реплікацією (самоподвоєнням) ДНК; під час мейозу в ядрі здійснюється рекомбінація генетичного матеріалу в процесі кросинговеру; Реалізація генетичної інформації забезпечується процесами транскрипції (матричного синтезу всіх видів РНК) та формування структурних одиниць апарата білкового синтезу, організації великої та малої субодиниць рибосоми в ядерці