Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Гипотезы происхождения эукариотических клеток (симбиотическая, инвагинационная)

Биологические системы, их фундаментальные свойства. Эволюционно обусловленные уровни организации жизни. Элементарные единицы, элементарные явления на различных уровнях организации жизни.

Биологические системы - биологические объекты различной сложности (клетки, ткани, органы, системы органов и организмы, биоценозы и экосистемы, вплоть до биосферы в целом), имеющие несколько уровней структурно - функциональной организации, представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

Фундаментальные свойства живых систем:

· Самовоспроизведение

· Специфичность организации(клеточные структуры, ткани, органы, системы органов)

· Упорядоченность структуры

· Обмен веществ (препятствует увеличению энтропии)

· Рост и развитие

· Целостность и дискретность

· Раздражимость и возбудимость

· Движение

· Наследственность и изменчивость

· Саморегуляция

2.Клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена, её основные положения. Современное состояние клеточной теории.

1. Клетка - единственная форма существования живого, является элементарной структурной и функциональной единицей живого.

2. Новые клетки образуются только делением исходной клетки

3. Клетка является структурно- функциональной единицей многоклеточного живого организма

4. Клетки растений и животных гомологичны по своему строения и происхождению.

Современное состояние клеточной теории:

1. Клетка – элементарная единица всех существующих биосистем.

2. Клетки возникают из клеток путем митоза, т. о. митоз есть универсальный способ клеткообразования у всех организмов на земле.

3. Все клетки у всех имеющихся в природе организмов являются гомологичными образованиями, т. к. для них характерен единый план строения и путь образования.

4. Важным доказательством гомологичности клеток является принципиальное сходство в них метаболических, энергетических процессов, а также информационной взаимодействие, в частности и генетического кода. Генетический код универсален.

5. Клетка является важным этапом в развитии биологических систем из небиологических компонентов, от неживого к живому.

6. Клетки обладают важным свойством – способностью к многоклеточности, что служит основой для возникновения организменного уровня организации.

7. В процессе фило- и онтогенеза клетки гомологичны, но постепенно перестают быть аналогичными, следствием чего является дифференциация и специализация клеток.

8. Дифференциация и специализация клеточных структур это один из основных механизмов индивидуального развития биосистем, в т. ч. организма.

9. Несмотря на дифференциацию и специализацию клеток многоклеточный организм представляет собой сложноорганизованную интегрированную систему, состоящую из функционирующих и взаимодействующих между собой клеток.

10.Организм не представляет собой простую сумму клеток, а их единство в целом. Свойства организма не объясняются свойствами составляющих его клеток.

11.В жизнедеятельности клеток принимают участие ядро и цитоплазма. Но в жизни клеток очень важная роль принадлежит компартментации ее содержимого.

12.Разнокачественные клетки в организме образуют структурно-функциональные единицы органов и тканей, выполняющих органные и тканевые функции.

13.В генетическом аппарате клетки находятся единицы наследственности (гены).

14. Существование в природе вирусов подтверждают универсальность клеточного строения организма, т. к. вирусы неспособны к самостоятельному функционированию, они ведут паразитический образ жизни.

Изучение общей ультраструктурной организации клеток и ее процессов, а также закономерностей клеткообразования, взаимодействия между клетками, клеточного гомеостаза существенно укрепило значение клеточной теории

Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Гипотезы происхождения эукариотических клеток (симбиотическая, инвагинационная).

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический.

Эукариотические клетки произошли от предка, имевшего прокариотическое строение.

Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения эукариотических клеток, согласно которой основой в эволюции клетки эукариотическго типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебовидному движению. Митохондрии и жгутики произошли путем изменений проникших в клетку-хозяина симбионтов — аэробных прокариотов и бактерий. Хлоропласты клеток зеленых растений возникли из симбионтов — прокариотических клеток сине-зеленых водорослей.

Особое значение имело приобретение клеткой в процессе эволюции жгутиков с банальными тельцами, близкими к центриолям.

Трудным является вопрос о происхождении ядра. Предполагают, что оно также могло образоваться из симбионта- прокариота. Происхождение внутриплазматических мембран шероховатой и гладкой цитоплазматической сети, пластинчатого комплекса объясняют эволюционными преобразованиями наружной мембраны ядерной оболочки. Симбиотическая гипотеза не объясняет ряд фактов. Так, белок бациллин, из которого состоят реснички и жгутики современных прокариот, отличен от белка тубулина эукариот. У бактерий не обнаружено структур с типичным для жгутиков, ресничек, базальных телец или центриолей эукариотической клетки составом микротрубочек «9 + 2» или «9 + 0».

Согласно инвагинационной гипотезе, предковый формой был аэробный прокариот. Он содержал несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровки участков с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции произошло усложнение ядерного генома, появилась система цитоплазматических мембран.

Эта гипотеза удовлетворительно объясняет наличие двух мембран в оболочке ядра, митохондрий и хлоропластов. Однако она не может ответить на вопрос, почему биосинтез белка в хлоропластах и митохондриях в деталях соответствуют таковому в современных прокариотических клетках, но отличается от биосинтеза белка в цитоплазме.

Симбиотическая и инвагинационная гипотезы не исчерпывают все точки зрения на происхождение эукариотического типа клеточной организации.

Симбиотическая теория происхождения и эволюции клеток основана на двух концепциях, новых для биологии.Согласно первой из этих концепций, самое фундаментальное разграни-чение в живой природе - это разграничение между прокариотами и эукариотами,т.е. между бактериями и организмами, состоящими из клеток с истинными ядрами - протистами, животными, грибами и растениями. Вторая концепция состоит в том, что источником некоторых частей эукариотических клеток была эволюция симбиозов, т.е. формирование постоянных ассоциаций между организмами разных видов. Предполагается, что три класса органелл - митохондрии, реснички и фотосинтезирующие пластиды – произошли от свободно живущих бактерий, которые в результате симбиоза были в определенной последовательности включены в состав клеток прокариот - хозяев. Эта теория в большой мере опирается на неодарвинистские представления, развитые генетиками, экологами, цитологами и другими учеными, которые связали Менделевскую генетику с дар-виновской идеей естественного отбора.Она опирается также на совершенно новые или недавно возрожденные научные направ-ления: на молекулярную биологию,особенно на данные о структуре белков и последовательности аминокислот, на микро палеонтологию, изучающую наиболее ранние следы жизни на Земле, и даже на физику и химию атмосферы, поскольку эти науки имеют отношение к газам биологического происхсждения. Все организмы, состоящие из клеток, могут быть сгруппиро-ваны в пять царств: царство прокариот (Monera, куда относятся бактерии) и четыре царства эукариот (Protoctista, Animalia, Fungi, Plantae). Протоктисты- это эукариотические организмы, не относящиеся к животным, грибам или растениям. В царство протоктистов входят водоросли, протозои, слизевики и другие эукариотические организмы неясной принадлежности. Протисты определены более ограничительно- как однокле-точные эукариоты. Таким образом, царство Protoctista включает не только протистов – одноклеточных эукариот, но и их ближай-ших многоклеточных потомков, таких как красные и бурые водоросли,а также многие микроорганизмы,сходные с грибами,например хитридиевые. Согласно традиционному представ-лению о прямой филиации, такие клеточные органеллы, как митохондрии и пластиды, возникли путем компартментализации самой клетки.

4.Клеточная оболочка, её структуры. Молекулярная организация и функции биологической мембраны. Виды транспорта веществ.

Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и растительных, обособленны от своего окружения оболочкой.

Оболочки в растительных клетках состоят из клетчатки или пектина.

Клеточная оболочка, или плазмалемма, животных клеток образованна мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10-20 нм.

Основными составляющими гликокаликса служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Изнутри к мембране примыкает кортикальный слой цитоплазмы (0,1-0,5 мкм), в котором не встречаются рибосомы и пузырьки, но в значительном количестве находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе сократимые белки.

Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функцию, регулирует химический состав внутренней среды клетки, в ней расположены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные в-ва (гормоны).

Биологическая мембрана - тонкие пограничные структуры молекулярных размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц, а также канальцев и пузырьков. Особенности мембраны: она плотная, тонкая, пластичная, пронизана каналами и полярна (снаружи +, внутри -)

Мембрана состоит из бимолекулярного слоя липидов. Гидрофобные участки их молекул повернуты друг к другу, а гидрофильные – находятся на поверхности слоя.

Разнообразные белковые молекулы встроены в этот слой или размещены на его поверхности. Они выполняют ряд функций:

· Отграничивающую

· регуляции и обеспечения избирательной проницаемости веществ (транспорт ионов, сахаров, аминокислот, и других продуктов обмена веществ)

· образования поверхностей раздела между водной и неводной фазами с размещением на этих поверхностях ферментных коплексов.

Благодаря присутствию липидов (жировых в-в) мембраны образуют гидрофоюную внутриклеточную фазу как компартмент для химических реакций в неводной среде. Молекулярный состав мембран – набор соединений и ионов, размещающихся на поверхностях, различаются от структуры к структуре. Этим достигается функциональная специализация мембран клетки. Включение в мембрану клетки молекул рецепторов делает ее восприимчивой к биологически активным соединениям, например, гормонам, что способствует проявлению разности биоэлектрических потенциалов.

Виды транспорта веществ:

Пассивный транспорт - перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой концентрации

· прямая диффузия (транспорт H2O, газов, неполярных молекул через липидный слой)

· облегченная диффузия через мембранные каналы транспорт с помощью каналообразующих белков

Активный транспорт – с затратой энергии против электрохимического градиента. Это происходит с помощью белков – переносчиков, а источник энергии молекулы АТФ

Виды активного транспорта:

· эндоцитоз (поглощение клеткой макромолекул), пинацитоз и фагоцитоз-только животные

· экзоцитоз (из клетки выводятся различные макромолекулы)

· калий-натриевый насос.