Вступ до курсу медичної біології. Структурно-функціональна організація клітин. Лекція №1 презентация

Визначення
Біологія – наука про життя, загальні закономірності існування і розвитку живих істот у їх взаємозв'язку із зовнішнім середовищем.

Предмет вивчення медичної біології:
структурно-функціональна організація клітини
молекулярно-генетичні механізми онтогенезу
спадковість людини
генотипні і індивідуальні відмінності людей
біогеноценотичний рівень організації життя і
місце людини в ньому
основи паразитизму і паразитарних інвазій
біосфера як система, що забезпечує існування
людини.

Основні властивості живого
Обмін речовин і енергії
Подразливість і рух
Розмноження
Ріст і розвиток
Цілісність і дискретність
Гомеостаз і адаптація
Спадковість і мінливість
Самооновлення та саморегуляція

Рівні організації живого:
молекулярний
клітинний
організменний
популяційно-видовий
біогеоценотичний
біосферний

Рівні організації живого:
Молекулярний – молекулярна біологія та біохімія
Клітинний - цитологія
Тканинний – гістологія
Біогеоценотичний - екологія

Типи клітинної організації
Неклітинні
Віруси (Vira)
Клітинні
Прокаріоти Еукаріоти
віріно
віроїди
пріони
бактерії
синьо-зелені водорості
гриби
рослини
тварини

НЕКЛІТИННІ
Вірус (лат. virus — яд)
Віруси складаються з
молекули ДНК або РНК
і білкової оболонки.
Неклітинні форми життя — це автономні структури на молекулярному рівні організації життя, до яких відносять віроїди, пріони та віруси.

Бактеріофаги
віруси – паразити бактерій

Віроїди – це замкнута 2-ланцюгова РНК з каталітичним центром
Відкриті у 1971 р. Теодором Дієнером.
Це рослинні внутрішньоклітинні паразити, що містять 220-500 нуклеотидів.
Віроїди не кодують ніяких білков, проте у клітині активно конкурують з нуклеїновими кислотам клітини-хазяїна.

Пріони – «нестандартні» біологічні реплікатори, що представляють собою особливим чином згорнуті молекули білка. Цей білок в нормі присутній на мембранах нейронів і виконує корисні функції, пов'язані з передачею сигналів.
Нешкідливий пріонний білок перетворюється в смертоносний пріон в результаті «неправильного згортання».
Відомо, що PrP може існувати в двох конформаціях: «здоровій» — PrP C , яку він має в нормальних клітинах
(C-cellular — «клітинний»), і «патологічній» — PrPSc, власне пріонній (Sc - scrapie).

КЛІТИННІ

ПРОКАРІОТИ – не мають ядра
Мають кільцеву ДНК – нуклеоїд
Мають клітинну стінку (муреїн)
Мають рибосомі 70 S

Цитологія – наука про клітину

Клітинна теорія
1838 г. ботанік Матіас Якоб Шлейден встановив, що все тіло рослин складається з клітин
Теодор Шванн (1810-1882) — основою будь якої живої істоти — рослини чи тварини — є клітина.
1839 р М. Шлейден і Т. Шванн сформулювали клітинну теорію (всім рослинним і тваринним організмам властива клітинна будова)

Рудольф Вірхов — німецький лікар та дослідник — «кожна клітина може походити від другої клітини шляхом поділу».
«Поза клітиною нема життя».
Основна праця — «Целюлярна патологія» 1858 р.

Сучасна клітинна теорія включає наступні положення:
— клітина - основна структурно-функціональна і генетична одиниця живих організмів, найменша одиниця живого;
— клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів схожі за будовою, хімічним складом і найважливішими виявами процесів життєдіяльності;
— кожна нова клітина утворюється в результаті поділу початкової (материнської) клітини;
— клітини багатоклітинних організмів спеціалізовані: вони виконують різні функції і утворюють тканини.

Різні форми клітин
Клітини мають різноманітну форму та розміри, залежно від функції, яку виконують:
овальну,
яйцеподібну,
спіральну, призматичну,
веретеноподібну,
циліндричну тощо.

Морфологія клітини

Надмембранний комплекс
Клітинна оболонка. Знаходиться над плазматичною мембраною. Виконує захисну та опорну функції, надає твердість, пружність.
У рослин — з целюлози, пектина.
У грибів — містить хітин
У тварин (глікокалікс) — з гліколіпідів та глікопротеїдів.

БІОЛОГІЧНІ МЕМБРАНИ обмежують замкнуті об'єми різної величини і форми, наприклад бульбашки, сплощені порожнини або цілі клітини.
У 1935 р. англійські вчені Даніелі і Даусон висловили ідею про «бутербродну модель» мембрани, де молекули білків (темні шари в електронному мікроскопі зовні), і молекули ліпідів (світлий шар) – всередині.
Товщина мембрани найчастіше становить 6-12 нм.

Сучасна рідинно-мозаїчна модель плазматичної мембрани була запропонована С. Сенгером і Дж. Ніколсоном в 1972 році і вдосконалена С.Сенгером в 1981 р.

Рідинно-мозаїчна модель
Рідка фракція - ліпіди. Молекули ліпідів можуть обертатися і рухатися. Їх зміцнює - ХОЛЕСТЕРИН.
Мозаїка - це білки, периферичні та інтегральні
Вони не рухливі.
Через білки проходить транспорт речовин в клітину.

Функції мембрани:
1) Бар'єрна (обмежуюча).
2) Адгезивна
3) Утворення міжклітинних контактів
4) Рецепторна (сигнальна) – зв'язок із зовнішнім середовищем, розпізнавання клітин і їх орієнтацію при формуванні тканин і т.п.
5) Обмінна – до складу мембрани входять ферментативні білки.
6) Транспортна:
Пасивний та активний транспорт

Транспорт речовин в клітину
1. АКТИВНИЙ
З використанням енергії АТФ. Проти градієнта концентрації.
Іонні насоси (калій-натрієвий)
Ендоцитоз (фагоцитоз і піноцитоз)
Екзоцитоз
2. ПАСИВНИЙ
Без витрат енергії АТФ. За градієнтом концентрації.
Дифузія (через ліпідний шар) вода, газ в альвеолах
Полегшена дифузія (глюкоза, лактоза, амінокислоти, гліцерин)
Осмос (рух води рідин)

Йонна помпа, іонний насос — мультибілковий комплекс, розташований на мембранах клітин, який переносить іони через мембрану проти електрохимичного градієнту, використовуючи енергію АТФ або світла. Існують насоси, які переносять лише один тип іонів, а також іонні обмінники, які переносять один тип іонів в обмін на інший (натрій-калієвий насос та інші.
Іонні насоси розташовані на різних типах мембран клітини: на плазмалемі, мембранах ендоплазматичного ретикулуму, одномембранних органел (лізосом, пероксисом тощо), внутрішній і зовнішній мембрані мітохондрій та пластид.

Гіпертонічний розчин - концентрація солі більше ніж 0,9%.
Гіпотонічний розчин - концентрація солі менше ніж 0,9%.
Фізіологічний розчин - 0,9% NaCl. Такий розчин ще називають фізіологічним.

Пасивний транспорт через мембрану
1. Плазмоліз
2. Деплазмоліз

Гемоліз
еритроцитів

Осмос - односторонній процес проникнення води через напівпроникну мембрану з області з меншою концентрацією розчину в область з більш високою концентрацією. Осмос зумовлює осмотичний тиск.
Діаліз - одностороння дифузія розчинених речовин.

Порушення транспорту
При порушенні натрієвих і калієвих каналів - хвороби серця
При порушенні перенесення хлору - Муковісцидоз (кістозний фіброз)
При порушенні перенесення кальцію - харчові отруєння
Порушення протонних насосів - дальтонізм

Морфологія клітини

Еукарiотична клiтина
Міофібрили, Джгутики, Мікроворсинки
Війки

Цитоплазма (від грец. χύτος – клітина і πλάσμα – утвір) – обов’язкова складова частина клітини, внутрішнє середовище клітини, оточене плазматичною мембраною, що забезпечує взаємодію органоїдів.
Складається із цитоплазматичного матриксу (або гіалоплазми) і розміщених у ньому органоїдів та включень. Від зовнішнього середовища відокремлюється плазматичною мембраною (плазмолемою).
Системою внутрішніх мембран поділяється на окремі “відсіки”, що різняться за формою, об’ємом, вмістом і функціональним призначенням.
У цитоплазмі розрізняють периферичний ущільнений шар – ектоплазму і внутрішній, що безпосередньо прилягає до ядра – ендоплазму.

Органели (органоїди) – це постійні диференційовані ділянки цитоплазми, які мають певні функції і будову. Розрізняють органели загального і спеціального призначення.
Органели спеціального призначення характерні для клітин, що виконують спеціалізовану функцію: міофібрили – скоротливі елементи м'язових клітин, війки епітелію в трахеї і бронхах, мікроворсинки всмоктувальної поверхні епітелію тонкої кишки.
До органел загального призначення відносяться: ендоплазматична сітка, рибосоми, лізосоми, комплекс Гольджі, мітохондрії, пластиди, клітинний центр, мікротрубочки.
В усіх процесах клітина існує як єдине ціле, оскільки всі органели клітини функціонально зв'язані між собою. Будь-яка органела не може існувати позаклітинно, навіть у поживному середовищі.

Ядро (лат. nucleus, грец. karyon)
У 1831 році шотландський вчений Роберт Броун відкрив ядро.
1. Ядерна оболонка
2. Каріоплазма
3. Хроматин
4. Ядерце

Будова ядра
ОБОЛОНКА - дві мембрани, мають пори
Функція: обмежує внутрішній вміст ядра і зв'язок з цитоплазмою
Каріоплазма - рідке середовище ядра
У ньому присутні елементи ядра
Хроматин складається з ДНК, РНК білків
З нього утворюються хромосоми - носії спадкової інформації
Ядерце
Округла структура всередині ядра
Містить ДНК і РНК
Синтезує р-РНК

Функції ядра:
Зберігання генетичної інформації у вигляді коду ДНК;
Передача спадкової інформації;
Контроль метаболічної активності.
Утворення всіх видів РНК.
Утворення субодиниць
рибосом (ядерце)

Ендоплазматична сітка
Діаметр 25-30 нм
Система мембран, канальців і бульбашок
Функції: збільшує площу клітини, ділиться на ГРАНУЛЯРНУ
та АГРАНУЛЯРНУ

Ендоплазматична сітка
1. Синтез вуглеводів;
2. Синтез ліпідів (холестерин, стероїдні гормони);
3. Транспорт речовин;
4. Формування внутрішньоклітинних мембран;
5. Детоксикація;
6. Депо кальцію;
7. Компартментна
Гранулярна
1. Синтез білків;
2. Модифікація: придбання білками необхідної конфігурації (фолдінг або скручування білкових молекул)
3. Транспортна
4. Компартментна
Агранулярна
x26000
x30000

Комплекс Гольджі
Система цистерн, бульбашок (канальців) розміщених біля ядра. Основний елемент - діктіосоми
Функції: упаковка і накопичення речовин, виведення речовин
Утворення лізосом, пероксисом
x60000

Лізосоми
Диаметр (0,2- 1 мкм)
Дрібні тільця, оточені мембраною і містять до 40 різних ферментів
Функції: внутрішньоклітинне перетравлення біополімерів,
лізис мікроорганізмів і вірусів,
звільнення від структур і макромолекул, що втратили функціональне значення,
утилізація надлишку поживних речовин,
аутоліз клітини

залишкові (телолізосоми) - лізосоми з неперетравленими залишками, часто містять пігмент; характерні для хвороб накопичення (хвороба Гоше, хвороба Гірке і ін.).

Апоптоз: морфологічні зміни
Електронна
мікрофотографія
1 конденсований хроматин
2 інвагінація
2
1

При деяких захворюваннях в клітинах виникають зміни, які супроводжуються порушеннями цілісності мембран лізосом. Які зміни відбудуться в клітинах?
A. Накопичення речовин
B. Аутоліз
C. Порушення мітозу
D. Порушення трансляції
E. Порушення транскрипції
Лізосомні хвороби

Містять ферменти (каталази), беруть участь в обміні перекисних сполук токсичних для клітини (зокрема перекису водню Н2О2,), ліпідів (ß-окислення жирних кислот), холестерину і пурину; нейтралізації етанолу, підтримують температурний режим в клітині.
Пероксисоми (мікротільця) – це невеликі (0,3-1,0 мкм) кулеподібні органели, які мають електронно щільну кристалоїдну структуру всередині.

У клітинах печінки і нирок людини міститися численні одномембранні органели розміром 0,1-1,5 мкм, які заповнені ферментами, що забезпечують Н2О2 - залежне дихання і біосинтез жовчних кислот. Як називаються ці органели?
A) Рибосоми
B) Травні вакуолі
C) Пероксисоми
D) Лізосоми
E) Комплекс Гольджі

Мітохондрії
(Греч. Mitos нитка + chondrion зернятко) Форма варіює від круглої до ниткоподібної, розмір - від 0,1 до 7 мкм.

ФУНКЦІЇ МІТОХОНДРІЙ
1. Внутрішньоклітинне дихання.
2. Акумуляція енергії у вигляді АТФ.
3. Синтез власних білків.
4. Цитоплазматична спадковість
(Мітохондріальний геном
успадковується по
материнській лінії)

Немембранні органели
Рибосоми
15-20 нм
Тільця округлої форми, що складаються з двох неоднакових субодиниць
Мала субодиниця для приєднання і-РНК і т-РНК
Велика субодиниця - для синтезу поліпептидного ланцюжка
Функція - синтез білка

Немембранні органели
Клітинний центр (центросома)
0,1-0,3 мкм - 0,0001-0,0003 мм
Складається з 1-2 центріолей
Функції: утворює мікротрубочки для внутрішньоклітинного транспорту, бере участь в поділі клітини - утворює веретено поділу.
Дев'ять триплетів мікротрубочок
розташовані по колу.

Немембранні органели
мікротрубочки
мікрофіламенти
проміжні філаменти
Функція - формують цитоскелет клітини - опора

Цитоскелет