Литература
Атлас по генетике: Под ред. Н.В. Чебышева. М.: ИД «Русь-Олимп», 2009.
Биология: Под редакцией Н.В. Чебышева. М.: МИА, 2016.
Биология: учебник: в 2 т.: Под ред. В.Н. Ярыгина. М.: ГЭОТАР–Медиа, 2011.
Дж.М. Фаллер, Д. Шилдс. Молекулярная биология клетки: Учебник для вузов. М.: Бином-Пресс, 2006.
Филогенез систем органов: Под ред. Н.В.Чебышева. М.: Олимп 2007.
В.
Эллиот, Д. Эллиот. Биохимия
и молекулярная биология.
М.: МАИК "Наука / Интерпериодика",
2002.
Программное обеспечение и интернет-ресурсы
Электронная библиотека МГТУ им. Н.Э.Баумана: режим доступа http://library.bmstu.ru / свободный.
Каталог образовательных интернет-ресурсов: режим доступа http://www.edu.ru/subjects/biology.html/ свободный.
Информационно-справочный ресурс по биологии: режим доступа http://cellbiol. Ru/ свободный.
Информационно-справочный ресурс по молекулярно-биологическим методикам: режим доступа http://molbiol. Ru/ свободный.
Портал медицинской биохимии: режим доступа http://themedicalbio chemistrypage. Org/ свободный.
Информационно-справочный ресурс по химии: режим доступа http://xumuk. ru / свободный.
Научно-образовательный портал о биологии, ботанике, медицине и другим естественным наукам: режим доступа http://learnbiology.narod.ru/ свободный.
Электронные издания Издательства МГТУ им. Н.Э. Баумана: режим доступа http://ebooks.bmstu.ru// свободный.
Информационно-поисковая система Российских патентных документов режим доступа http://wwwl.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ni/ru/inform_resources/mfonn_
retrieval_systetn/ свободный.
Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы - интернет ресурсы (www.chemnet.ru, www.chem.msu.su/rus/elibrary, www.chemistry.narod.ru, www.biblioclub.ru, www.booksmed.com, www.bio-x.ru/books-related) отвечающие тематике дисциплины, в том числе база данных – SWISS, Google, Rambler, Yandex).
Электронный учебник по биологии: режим доступа http://www.ebio.ru/ свободный.
Научная библиотека избранных естественно-научных изданий: режим доступа http://edu.sernam.ru/ свободный.
Информация по химии: режим доступа http://alhimikov.net/ свободный.
Портал о профилактике и лечении печени: режим доступа http://lechupechen.ru/ свободный.
Медицинский информационный портал:режим доступа http://meduniver.com/ свободный.
Современная биология, научные обзоры: режим доступа http://sbio.info/ свободный.
Клеточная биология: режим доступа http://biology-of-cell.narod.ru/ свободный.
Портал о фундаментальной науке:режим доступа http://elementy.ru/ свободный.
Портал для студентов медицинских ВУЗов: режим доступа http://dendrit.ru/ свободный.
Словари и энциклопедии: режим доступа http://dic.academic.ru/ свободный.
Учебное пособие и атлам микрофотографий по гистологии: режим доступа http://www.histol.ru/ свободный.
Портал медицинских лекций: режим доступа http://medlec.org/ свободный.
Оглавление
Предисловие 3
Введение 7
Список принятых сокращений 8
1. Открытие клетки. Клеточная теория 15
2. Методы изучения клетки 17
Самым распространенным методом изучения является микроскопирование. Световой микроскоп позволяет исследовать клеточные формы и структуры с увеличением изображения исходных объектов в 1000 раз. Электронный микроскоп дает возможность более детально исследовать структуру органоидов клетки, увеличивая исходное изображение в 100 000 – 500 000 раз. Методы прижизненного изучения клеток основаны на специфической обработке определенных компонентов клетки с последующей регистрацией выделенных структур (с помощью красителей, меченых радионуклеидами органоидов и т.д.). 17
2.1. Методы микроскопирования цитологических препаратов 17
Метод стандартной световой микроскопии. Стандартная световая микроскопия осуществляется путем изучения препарата в проходящем свете: поступающий от источника световой поток в световом (светооптическом) микроскопе собирается конденсором и пропускается через исследуемый объект, изменяясь за счет различия свойств образующих его структур. Далее измененный световой поток поступает в объектив, в фокальной плоскости которого формируется изображение – его увеличенную проекцию можно наблюдать с помощью окуляра. 17
Специальные методы световой микроскопии. К специальным методам относятся темнопольная, фазово-контрастная, поляризационная, интерференционная, ультрафиолетовая, флуоресцентная (люминесцентная) микроскопии. 18
Темнопольная микроскопия (микроскопия в темном поле) основана на использовании специального конденсора, обеспечивающего освещение препарата косыми лучами, не попадающими в объектив. В отсутствии объектов поле зрения представляется темным. При наличии объектов часть света отражается от них в объектив, в результате чего изображение объектов можно обнаружить через окуляр; мельчайшие частицы выглядят светящимися точками на темном фоне. Метод позволяет выявлять структуры, размеры которых лежат за пределами разрешения стандартного светового микроскопа. Метод темнопольной микроскопии широко используется для изучения живых клеток. 18
Методы электронной микроскопии. В настоящее время в научных исследованиях и клинической диагностике широкое распространение получили два метода электронной микроскопии – трансмиссионная (просвечивающая) электронная микроскопия (ТЭМ) и сканирующая (растровая) электронная микроскопия (СЭМ), использующие соответствующие микроскопы. Первая из них (ТЭМ) основана на применении пучка электронов, излучаемого электронной пушкой внутри колонны микроскопа в условиях высокого ускоряющего напряжения (40–100 кВ) и глубокого вакуума (10–4 мм рт. ст.). Фокусировка пучка осуществляется электромагнитными линзами, играющими роль конденсора, объектива и проектора. После прохождения через изучаемый объект, помещенный в колонну микроскопа и обладающий в различных своих участках неравномерной электронной плотностью, пучок электронов направляется на флюоресцирующий экран и создает плоскостное изображение объекта, которое фотографируется на пластинку или пленку. 20
Специальные методы электронной микроскопии. Электронно-микроскопическая цитохимия, иммуноцитохимия и авторадиография представляют собой методы, разработанные для использования на электронно-микроскопическом уровне. Они позволяют выявлять различные вещества и изучать процессы метаболизма на уровне отдельных клеток и их компонентов. 21
2.2. Методы витального (прижизненного) изучения клеток 22
3. Химический состав клетки 24
Химический состав клетки сложен и разнороден. Отдельные соединения – вода и минеральные вещества – относятся к неорганическим веществам и встречаются в неживой природе. Другие, органические соединения – углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и проч. – характерны для живых организмов. 24
3.1. Химические элементы 24
Дать вывод после таблицы 26
3.2. Неорганические вещества клетки 26
3.3. Органические вещества клетки 30
4. Формы существования живой материи 57
4.1. Неклеточные формы 57
4.2. Клеточные формы 60
Строение прокариотической клетки. К прокариотическим (доядерным) организмам относят бактерии и сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Прокариоты — одноклеточные и колониальные организмы, среди цианобактерий встречаются и многоклеточные (нитчатые) организмы. В таких клетках отсутствует ядро, генетическая информация прокариот представлена кольцевой молекулой ДНК-нуклеоидом. Несмотря на простоту строения, прокариоты обладают высокой степенью приспособленности к самым разнообразным условиям среды, что возможно благодаря способности бактерий к быстрой смене поколений. При резкой перемене условий существования среди бактерий быстро появляются мутантные формы, способные существовать в новых условиях среды. 63
Строение эукариотической клетки. Такая клетка состоит из трёх основных компонентов: плазматической мембраны, ядра и цитоплазмы со структурированными клеточными единицами (органеллы, включения). 66
Цитоплазма. Внутренняя среда клетки (цитоплазма) — сложно организованная система, в которую входят ядро, мембранные и немембранные органеллы, включения, находящиеся во взвешенном состоянии в гиалоплазме. Последняя представляет собой гель с изменяющейся в зависимости от функционального состояния клетки степенью вязкости. В составе гиалоплазмы находятся структурные и ферментные белки клетки, различные метаболиты, ионы; также здесь присутствуют ферменты, участвующие в синтезе аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, биосинтезе сахаров. В гиалоплазме происходят процессы гликолиза и синтез части АТФ, модификация ферментов (например, фосфорилирование), приводящая к их активации, либо инактивации. В гиалоплазме начинается ряд биосинтетических процессов, которые в дальнейшем продолжаются в той или иной внутриклеточной системе. 66
Под электронным микроскопом гиалоплазма выглядит гомогенной и характеризуется низкой электронной плотностью. Мегавольтная электронная микроскопия обнаруживает в ней микротрабекулярную сеть (рис. 4.7), состоящую из тончайших фибрилл, пересекающих гиалоплазму в различных направлениях. В ячейках этой сети располагаются органеллы, а в ее "узлах" фиксированы полисомы. Микротрабекулярная сеть гиалоплазмы образует связи с микротрубочками и микрофиламентами опорно-двигательной системы клетки и совместно с этими элементами участвует в перемещении и функционировании внутриклеточных структур. 66
Внутриклеточный транспорт белков. Одна из важнейших задач клетки – доставка молекул к различным отделам внутри клетки и во внеклеточное пространство. Основные потоки внутри клетки – поток белков и пузырьков (везикул). Везикулярный транспорт обеспечивает доставку белков из шероховатой эндоплазматической сети через аппарат Гольджи к другим органеллам (лизосомам, пероксисомам) и на внешнюю мембрану или во внеклеточную среду; он связан с формированием транспортных пузырьков из мембраны одной органеллы, называемой донором и затем перемещением их к другой органелле, называемой акцептором. Все это приводит к слиянию донорской и акцепторной мембран и высвобождению содержимого пузырьков. 124
5. Обмен веществ и энергии 138
5.1. Ассимиляция и диссимиляция 138
5.2. Энергетический обмен 143
5.3. Брожение 149
6. Деление клетки 150
Деление клеток – это естественный процесс, который обеспечивает нормальный рост, развитие и размножение организма. За счет деления увеличивается количество клеток, осуществляется рост тканей, половое размножение и передача наследственного материала. Основные типы деления клеток – это мейоз и митоз. Каждый из этих процессов имеет некоторые особенности. 150
6.1. Жизненный цикл клетки 151
Подготовка клетки к делению. Интерфаза включает в себя пресинтетический (постмитотический) G1-период, синтетический (S) период и постсинтетический (премитотический) G2-период. 152
Период G1 – самый длительный. У эукариот он может продолжаться от нескольких часов до нескольких суток. Для быстро делящихся клеток (эмбриональных) этот период непродолжителен. В пресинтетическом периоде (G1), наступающем сразу после митоза, клетки имеют диплоидный набор хромосом (2n) и набор генетического материала ДНК (2c). В этот период начинается рост клеток, синтез белков, РНК, происходит подготовка клеток к синтезу ДНК (S-период). Повышается активность ферментов, участвующих в энергетическом обмене. 152
Регуляция митотического цикла. Внутриклеточные молекулярные сигналы многочисленны, среди них, в первую очередь, следует назвать собственно регуляторы митотического цикла (циклины, циклин-зависимые протеинкиназы, их активаторы и ингибиторы) и онкосупрессоры. Под влиянием разных сигналов в клетке происходит накопление определенных регуляторных факторов (белков, ферментов), определяющих вступление клетки в митотический цикл. С некоторого момента времени – так называемой точки рестрикции – сделанный «выбор» становится необратимым. 153
Межклеточные сигналы. На множество важных клеточных функций (деление клеток, их жизненный цикл) влияют различные информационные сигналы, поступающие в клетку извне в виде гормонов (например, гормон роста, женские половые гормоны-эстрогены), интерферонов, факторов роста (например, фактор роста эпидермиса — EGF). Некоторые из таких информационных сигналов расцениваются как факторы, стимулирующие митогенную активность (митогены). 154
6.2. Митоз 154
6.3. Значение митоза 157
6.4. Амитоз 159
6.5. Мейоз 160
Мейоз I. Профаза I самая продолжительная. Происходит спирализация и укорочение хромосом, гомологичные хромосомы конъюгируют друг с другом по всей длине. Гомологичными называют хромосомы, имеющие одинаковую форму и размер: одна из них получена от матери, другая от отца. Такое объединение хромосом-гомологов осуществляется благодаря присущей только мейозу уникальной структуре – определённому белковому (синаптонемальному) комплексу. Каждая пара конъюгирующих хромосом образует бивалент (сдвоенные хромосомы), состоящий из 4-х хроматид. Происходит кроссинговер – обмен гомологичными участками между несестринскими хроматидами. В точке обмена образуются крестообразные структуры-хиазмы. 162
Мейоз II. Второе мейотическое деление напоминает митоз. Из хромосом, имеющих две хроматиды, образуются хромосомы, состоящие из одной хроматиды. 165
Значение мейоза. Значение мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом. Если бы не возникала редукция числа хромосом при половом размножении, то половые клетки не имели бы гаплоидный набор хромосом и из поколения в поколение их число бы возрастало. В процессе кроссинговера имеет место рекомбинация генетического материала. В этом заключается одна из причин комбинативной изменчивости организмов, дающих материал для отбора. 165
6.6. Отличия митоза от мейоза 166
7. Размножение, как общее свойство живого 168
7.1. Бесполое размножение 168
7.2. Половое размножение 171
Гаметогенез. Гаметы (половые клетки) – высокодифференцированные клетки, содержащие наследственную информацию, необходимую для развития организма. 173
Сперматогенез. Сперматогенез – процесс образования сперматозоидов у самцов происходит в извитых канальцах семенника (рис. 7.5). 175
176
176
Овогенез. Яйцеклетки выполняют генетическую и трофическую функции, в них накапливаются питательные вещества, необходимые для развития зародыша. Формирование яйцеклеток у самок называют овогенезом (рис. 7.7). 179
179
Процесс овогенеза проходит в три фазы. 179
Заключение 183
Задания для самопроверки 184
Тесты 185
Вопросы 195
Учебное издание
Аполлонова Ирина Анатольевна
Дегтяревская Татьяна Юрьевна
Демченко Антонина Николаевна и др.