Уровни организации в клетке

Клетка – элементарная единица живого

Клетка – самоподдерживающаяся и самовоспроизводящаяся система биополимеров.

· Сохраняет связь с внешней средой

· Каждая клетка использует и трансформирует энергию

· Клетки обладают чувствительностью

· Способность к изменчивости

· Способность к воспроизведению

Клетка – единая система, включающая множество закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц – органелл или органоидов.

Клетки сходны – гомологичны – по строению и по основным свойствам.

Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала: клетка от клетки

Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных.

Клетка – это единица функционирования в многоклеточном организме. Но клетки объединены в функциональные системы, в ткани и органы, которые находятся во взаимной связи друг с другом.

Клетки многоклеточных тотипотентны, т.е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию – дифференцировке.

Дифференцировка – это результат избирательной активности разных генов в клетках по мере развития многоклеточного организма.

5. ТОТИПОТЕНТНОСТЬ

Тотипотентность – способность образовывать из клетки организм.

Развитие от одной клетки до многоклеточного зрелого организма – результат последовательного, избирательного включения работы разных генных участков хромосом в различных клетках. Это приводит дифференцировке.

Дифференцировка – это результат избирательной активности разных генов в клетках по мере развития многоклеточного организма. Любая клетка многоклеточного организма обладает одинаковым полным фондом генетического материала, всеми возможными потенциями для проявления этого материала, т.е. все – или тотипотентна, но в разных клетках одни и те же гены могут находиться или в активном или в репрессированном состоянии.

Стало возможным вырастить зрелое растение из одной его соматической клетки.

После оплодотворения яйцеклетки лягушки у возникшей зиготы микрохирургически удалить ядро, а на место его имплантировать ядро из другой зиготы, то произойдет полное развитие нормальной лягушки. Если же в этом эксперименте ядро зиготы заменить на ядро из специализированной (дифференцированной) клетки взрослого животного, то развитие эмбриона пройдет нормальным путем, вплоть до появления взрослой лягушки.

Из этого вытекает, что клетки многоклеточных организмов обладают полным набором генетической информации, свойственной для данного организма, в этом отношении они равнозначны

6. ПРОКАРИОТЫ И ЭУКАРИОТЫ

1) У прокариот нет ядра, а у эукариот есть.

2) У прокариот из органоидов имеются только рибосомы (мелкие, 70S), а у эукариот, кроме рибосом (крупных, 80S), имеется множество других органоидов: митохондрии, ЭПС, клеточный центр, и т.д.

3) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.

4) У прокариот ДНК кольцевая, а у эукариот линейная

5) У прокариот ДНК голая, почти не соединена с белками, а у эукариот ДНК соединена с белками в соотношении 50/50, образуется хромосома

6) У прокариот ДНК лежит в специальной области цитоплазмы, которая называется нуклеоид, а у эукариот ДНК лежит в ядре.

7) Прокариоты – муреиновая клеточная стенка, эукариоты – хитин, целлюлоза

8) Жгутик прокариотов это вырост клетки, окруженный мембраной, внутри которого находится цитоскелет

9) Жгутик прокариотов совершает вращательные движения, жгутики эукариот изгибаются.

10) аналоги белков цитоскелета: актин – MreB, тубулин – Fts Z (Обладает способностью связываться с ГТФ, обладает доменом ГТФазы, которая гидролизует гтф-гдф+ф, линейные нити обр. кольцо, перетяжка для деления)

11) У прокариот транскрипция и трансляция не разнесены во времени и пространстве. Могут идти непрерывные раунды репликации без деления.

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ В КЛЕТКЕ

Атомный: CHNOPS

Молекулярный: глюкоза, жирные к-ты

Макромолекулярный: белки, нуклеиновые к-ты

Органеллы
Клетка

8. КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ

Весь смысл клеточного деления заключается в равномерном распределении редуплицированного генетического материала по двум новым клеткам. От деления до деления где-то в течение жизни клетки должен существовать период синтеза ДНК.

Весь клеточный цикл состоит из четырех отрезков времени: собственно митоз (М), пресинтетический (G1), синтетический (S) и постсинтетический (G2) периоды.

Различные периоды клеточного цикла отличаются друг от друга по общему содержанию в клетках белка, ДНК и РНК и по уровню (интенсивности) их синтеза.

В G1-периоде клетки имеют диплоидное содержание ДНК на ядро (2с), в S-периоде содержание ДНК колеблется от 2с до 4с, в G2-периоде содержание ДНК соответствует тетраплоидному (4с).

Количество РНК в клетках на разных этапах цикла также может меняться; в интенсивно делящихся клетках содержание РНК в течение интерфазы увеличивается по крайней мере в 2 раза. После деления в период G1 поступают дочерние клетка, по объему и по общему содержанию белков и РНК вдвое меньшие, чем исходная родительская клетка. В это время начинается рост клеток, главным образом за счет накопления клеточных белков, что определяется увеличением количества РНК на клетку. Необходимо вспомнить, что в течение всего митоза (от поздней профазы до средней телофазы) в клетке синтез РНК полностью подавлен, поэтому накопление клеточных белков и РНК связано с возобновлением синтеза РНК в начале нового клеточного цикла. В S-периоде уровень синтеза РНК возрастает соответственно увеличению количества ДНК, достигает своего максимума в середине G2-периода. В конце G2-периода или в профазе синтез РНК резко падает по мере конденсации митотических хромосом и снова полностью прекращается во время митоза.

9. МИТОЗ

Профаза (конденсация хромосом внутри ядра и образование веретена деления в цитоплазме клетки, распад ядрышка

Прометафаза (распад ядерной мембраны, беспорядочное перемещение хромосом)

Метафаза (хромосомы выстраиваются по экватору, образуя метафазную экваториальную пластинку

Анафаза (расхождение хромосом к полюсам: анафазаА(расхождение хроматид) и анафазаВ(расхождение полюсов деления)

Телофаза (деконденсация хромосом, формирование борозды деления)

Цитокинез

10. БАКТЕРИИ

У всех прокариотических клеток есть нуклеоид или нуклеоплазма. Нуклеоид прокариот можно отнести к собственно ядерным структурам из-за того, что он содержит ДНК.

Нуклеоиды бактерий можно выделить, их состав и структура изучены довольно подробно, они на 80% состоят из ДНК, кроме которой обнаруживаются различные белки (20%) и РНК.

Количество ДНК в прокариотических клетках значительно меньше, чем в клетках эукариот. Бактериальные ДНК представляют собою замкнутые циклы.

У ряда бактерий имеется от 2 до 9 одинаковых молекул ДНК и соответственно несколько нуклеоидов. В других случаях около 40 хромосом организованы в один нуклеоид.

Репликация кольцевой хромосомы начинается на одной исходной точке репликации, образуются две репликационные вилки, которые по мере синтеза ДНК движутся вдоль молекулы до терминальной, конечной точки. Тем самым вся такая гигантская молекула ДНК представляет единицу репликации, репликон.

Бактериальные хромосомы всегда связаны с плазматической мембраной через специфические мембранные белки, которые взаимодействуют с ДНК в зоне старта ее синтеза. В процессе клеточного деления существенных изменений в компактности нуклеоплазмы не наблюдается, в отличие от эукариотических хромосом.

Выделенные целые нуклеоиды бактерий представляют собой тела, состоящие из многочисленных суперспирализованных петель ДНК, отходящих от плотной центральной области. Обработка выделенных нуклеоидов РНК-азой приводит к разрыхлению центральной области нуклеоидов, а короткая обработка ДНК-азой – к снятию сверхспирализации петель, и декомпактизации всего нуклеоида. Таким образом было показано, что компактизация нуклеоида связана с наличием связок, содержащих РНК и некоторые белки. Одна из моделей организации нуклеоида предполагает, что центральная его часть представлена неактивной и сверхспирализованной ДНК, тогда как по его периферии расположены деспирализованные петли, на которых происходит синтез различных РНК.

Отличительной чертой ядерных структур прокариот является то, что у них синтез РНК и синтез белка может происходить одновременно: рибосомы связываются с еще не до конца синтезированными молекулами иРНК и производят на них синтез белка. Таким образом возникает тройственный синтетический комплекс: ДНК – синтезирующая цепь РНК – рибосомы с синтезируемой полипептидной цепочкой. Такая ситуация возможна лишь в том случае, когда образующаяся молекула иРНК не подвергается дальнейшей модификации типа процессинга, характерного для эукариотических клеток.

У бактерий часто сам процесс разделения тела клетки, цитотомия, не связана с окончанием синтеза ДНК, т.к. до наступления клеточного деления может начаться второй или даже третий раунд репликации ДНК.

11. СИМПЛАСТЫ

12. ИНТЕРФАЗНОЕ ЯДРО

ДНК-содержащий компонент отделен от цитоплазмы ядерной оболочкой, количество ДНК в ядрах эукариот в тысячи раз больше, чем в составе нуклеоидов бактерий, ДНК эукариот представляет собой сложный нуклеопротеидный комплекс, образующий специальную структуру – хроматин, из которого и состоят эукариотические хромосомы. Далее – в состав ядер эукариот входят несколько физически не связанных хромосом, каждая из которых содержит одну линейную гигантскую молекулу ДНК. Каждая хромосомная ДНК представляет собой полирепликонную структуру, т.е. содержит множеств автономно реплицирующихся участков. Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышка и других продуктов синтетической активности, ядерного белкового остова (матрикса) и кариоплазмы.

Хроматин выполняет генетическую функцию клетки. Ядерная оболочка выполняет сложную барьерно-рецепторную, а также транспортную и каркасную функцию. Нехроматиновый ядерный белковый остов (матрикс) обеспечивает не только пространственное расположение хромосом в ядре, но и участвует в их функциональной активности. Одним из хромосомных участков, определяющих синтез рРНК и образование клеточных рибосом, является ядрышко. Кроме того в ядре в связи с хроматином и матриксом обнаруживаются различные рибонуклеопротеидные структуры, содержащие разные типы РНК.

Способность хроматина воспринимать основные красители указывает на его кислотные свойства, которые определяются тем, что в состав хроматина входит ДНК в комплексе с белками. ДНК-содержащий материал хроматина эукариот, может пребывать в двух альтернативных состояниях: деконденсированном в интерфазе и в максимально уплотненном – во время митоза, в составе митотических хромосом.

В неделящихся (интерфазных) клетках хроматин, выявляемый в обычный микроскоп, может равномерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными сгустками (хромоцентры).

13. ХРОМАТИН

Чем больше в ядре доля конденсированного хроматина, тем меньше метаболическая активность ядра. При активации ядер увеличивается доля диффузного хроматина.

В интерфазных ядрах существуют постоянные участки конденсированного хроматина, наличие которого не зависит от степени дифференцированнности ткани или от функциональной активности клеток. Такие участки получили название гетерохроматина, в отличие от остальной массы хроматина – эухроматина. Гетерохроматин – компактные участки хромосом, которые в профазе появляются раньше других частей в составе митотических хромосом, и в телофазе не деконденсируются, переходя в интерфазное ядро в виде интенсивно красящихся плотных структур(хромоцентры). постоянно конденсированными зонами чаще всего являются центромерные и теломерные участки хромосом. Конститутивный гетерохроматин генетически не активен, он не транскрибируется, реплицируется он позже всего остального хроматина, в его состав входит сателлитная ДНК, он локализован в центромерных, теломерных и интеркалярных зонах митотических хромосом.

Эухроматические неактивные участки, которые находятся в конденсированном состоянии, стали называть факультативным гетерохроматином, подчеркивая необязательность такого его состояния. Хорошим примером факультативного гетерохроматина может служить X-хромосома в организме человека. В клетках мужской особи X-хромосома деконденсирована, она активна, транскрибируется и морфологически не выявляется из-за своего рыхлого, диффузного состояния. В клетках женского организма, где присутствуют две X-хромосомы, одна из них находится в активном, диффузном состоянии, а вторая – в неактивном, конденсированном, она временно гетерохроматизована. В этом состоянии она может существовать в течение всей жизни организма. Но потомки ее, попадая в клетки мужского организма следующего поколения, снова будут активированы.