Клеточная инженерия
Клеточная инженерия
Гимназия №4
Реферат на тему:
Клеточная инженерия
Выполнил: Вантеев А.
Проверил: Л.А. Ващенко
Новосибирск 1999
Содержание
1)
Клетка
а) Введение
б) Строение и функции оболочки клетки
в) Химический состав клетки
г) Содержание химических элементов
д) Биология опухолевой клетки
2)
Клонирование клеток
животных
а) Введение
б) А была ли Долли?
в) Клонирование - ключ к вечной молодости?
3)
Культивирование клеток
растений
а) Каллюсная культура
б) Суспензионная культура
в) Культура протопластов
г) Культура пыльников
д) Регенерация
Клетка
Введение
Цитология - наука о клетке. Наука о клетке
называется цитологией (греч. «цитос" - клетка, «логос" - наука).
Предмет цитологии - клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточных
организмов, к числу которых относятся бактерии, простейшие и одноклеточные
водоросли. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции
внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений,
размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей
среды. Современная цитология - наука комплексная. Она имеет самые тесные связи
с другими биологическими науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией,
учением об эволюции органического мира, а также с молекулярной биологией,
химией, физикой, математикой. Цитология - одна из относительно молодых биологических
наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина “клетка” насчитывает свыше
300 лет. Впервые название «клетка» в середине XVII в. применил Р. Гук. Рассматривая
тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из
ячеек - клеток.
Клеточная теория. В середине XIX столетия
на основе уже многочисленных знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную
теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка
представляет основную единицу строения всех живых организмов, что клетки
животных и растений сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими
доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единство всего
органического мира. Т. Шван внес в науку правильное понимание клетки как
самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.
Изучение химической организации клетки
привело к выводу, что именно химические процессы лежат в основе ее жизни, что
клетки всех организмов сходны по химическому составу, у них однотипно протекают
основные процессы обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток
еще раз подтвердили единство всего органического мира.
Современная клеточная - теория включает
следующие положения:
клетка - основная единица строения и
развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;
клетки всех одноклеточных и многоклеточных
организмов сходны ( гомологичны ) по своему строению, химическому составу, основным
проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;
размножение клеток происходит путем их
деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской)
клетки;
в сложных многоклеточных организмах клетки
специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят
органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным
системам регуляции.
Исследования клетки имеют большое значение
для разгадки заболеваний. Именно в клетках начинают развиваться патологические
изменения, приводящие к возникновению заболеваний. Чтобы понять роль клеток в
развитии заболеваний, приведем несколько примеров. Одно из серьезных
заболеваний человека - сахарный диабет. Причина этого заболевания -
недостаточная деятельность группы клеток поджелудочной железы, вырабатывающих
гормон инсулин, который участвует в регуляции сахарного обмена организма. Злокачественные
изменения, приводящие к развитию раковых опухолей, возникают также на уровне
клеток. Возбудители кокцидиоза - опасного заболевания кроликов, кур, гусей и
уток - паразитические простейшие - кокцидии проникают в клетки кишечного эпителия
и печени, растут и размножаются в них, полностью нарушают обмен веществ, а
затем разрушают эти клетки. У больных кокцидиозом животных сильно нарушается
деятельность пищеварительной системы, и при отсутствии лечения животные погибают. Вот
почему изучение строения, химического состава, обмена веществ и всех проявлений
жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, но также в медицине и
ветеринарии.
Изучение клеток разнообразных одноклеточных
и многоклеточных организмов с помощью светооптического и электронного микроскопов
показало, что по своему строению они разделяются на две группы. Одну группу
составляют бактерии и сине-зеленые водоросли. Эти организмы имеют наиболее
простое строение клеток. Их называют доеденными (прокариотами), так как у них
нет оформленного ядра (греч. «картон»-ядро) и нет многих структур, которые
называют органоидами. Другую группу составляют все остальные организмы: от
одноклеточных зеленых водорослей и простейших до высших цветковых растений,
млекопитающих, в том числе и человека. Они имеют сложно устроенные клетки,
которые называют ядерными (эукариотическими). Эти клетки имеют ядро и
органоиды, выполняющие специфические функции.
Особую, неклеточную форму жизни составляют
вирусы, изучением которых занимается вирусология.
Строение и функции оболочки клетки
Клетка любого организма, представляет собой
целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой
частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка осуществляет
непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними
клетками (в многоклеточных организмах).
Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она
состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны.
Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У
растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности
клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства
растений она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важную
роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор
растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы
многих органических веществ.
Наружный слой поверхности клеток животных
в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в
световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков.
Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс.
Гликокаликс выполняет прежде всего функцию
непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими
ее веществами. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки
животных не выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам
растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений,
происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.
Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и
клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана (лат.
“мембрана»-кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина
плазматической мембраны около 10 нм, изучение ее строения и функций возможно
только с помощью электронного микроскопа.
В состав плазматической мембраны входят
белки и липиды. Они упорядочено расположены и соединены друг с другом
химическими взаимодействиями. По современным представлениям молекулы липидов в
плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой.
Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов,
погружаясь в него на разную глубину.
Молекулы белка и липидов подвижны, что
обеспечивает динамичность плазматической мембраны.
Плазматическая мембрана выполняет много
важных функций, от которых завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких
функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее
содержимое клетки от внешней среды. Но между клетками и внешней средой
постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода,
разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические
молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической
мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт
веществ- одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую
мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные
в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые
вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме
мелких капель.
Клетки, образующие у многоклеточных
животных разнообразные ткани (эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг
с другом плазматической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана
каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают
соединениям особую прочность.
Соединение клеток растений обеспечивается
путем образования тонких каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены
плазматической мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные
оболочки, из одной клетки в другую поступают питательные вещества, ионы,
углеводы и другие соединения.
На поверхности многих клеток животных,
например, различных эпителиев, находятся очень мелкие тонкие выросты
цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, - микроворсинки. Наибольшее
количество микроворсинок находится на поверхности клеток кишечника, где
происходит интенсивное переваривание и всасывание переваренной пищи.
Фагоцитоз. Крупные молекулы органических веществ, например
белков и полисахаридов, частицы пищи, бактерии поступают в клетку путем
фагоцита (греч. “фагео” - пожирать). В фагоците непосредственное участие
принимает плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки
соприкасается с частицей какого-либо плотного вещества, мембрана прогибается,
образует углубление и окружает частицу, которая в “мембранной упаковке”
погружается внутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль и в ней
перевариваются поступившие в клетку органические вещества.
Цитоплазма. Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной,
цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазму
эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. Ядро
располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и
разнообразные включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также
мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного
вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы
обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает
их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.
Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона
цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки
которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической
мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть,
получившую название эндоплазматической сети.
Эндоплазматическая сеть неоднородна по
своему строению. Известны два ее типа - гранулярная и гладкая. На мембранах каналов
и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец -
рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой
эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.
Эндоплазматическая сеть выполняет много
разнообразных функций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети -
участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.
На мембранах гладкой эндоплазматической
сети происходит синтез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза
накапливаются в каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам
клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных
включений. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды
клетки.
Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это
микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. Каждая рибосома
состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой.
В одной клетке содержится много тысяч
рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической
сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК.
Функция рибосом - это синтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который
осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких
десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой.
Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической
сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они
потребляются. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее
мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки
белков.
Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растений
содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос» - нить,
«хондрион» - зерно, гранула).
Митохондрии хорошо видны в световой
микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение,
сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного
микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран - наружной и
внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и
выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки,
которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют
кристами (лат. «криста» - гребень, вырост) Число крист неодинаково в
митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких
сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих
клеток, например мышечных.
Митохондрии называют «силовыми станциями»
клеток» так как их основная функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты
(АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и
представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для
осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.
Новые митохондрии образуются делением уже
существующих в клетке митохондрий.
Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды.
В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид:
зеленые - хлоропласты; красные, оранжевые и желтые - хромопласты; бесцветные -
лейкопласты.
Хлоропласт. Эти органоиды содержатся в клетках листьев и других
зеленых органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры
хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших
растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый
цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Хлоропласт -
основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е.
образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО2 и Н2О) при
использовании энергии солнечного света.
По строению хлоропласты сходны с
митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт отграничен двумя мембранами - наружной
и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя
образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому
внутри хлоропласта сосредоточено большое количество мембран, образующих особые
структуры - граны. Они сложены наподобие стопки монет.
В мембранах гран располагаются молекулы
хлорофилла, потому именно здесь происходит фотосинтез. В хлоропластах
синтезируется и АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК,
РНК и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях,
происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов.
Хлоропласты размножаются делением.
Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей растений:
в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняется
желтая, оранжевая и красная окраска венчиков цветков, плодов, осенних листьев.
Лейкопласты. находятся в цитоплазме клеток неокрашенных
частей растений, например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов
разнообразна.
Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты
способны клетка взаимному переходу. Так при созревании плодов или изменении
окраски листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты, а лейкопласты
могут превращаться в хлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля.
Аппарат Гольджи. Во многих клетках животных, например в
нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клетках
растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами
серповидной или палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках
растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.
В состав аппарата Гольджи входят: полости,
ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие
пузырьки, расположенные на концах полостей . Все эти элементы составляют единый
комплекс.
Аппарат Гольджи выполняет много важных
функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты
синтетической деятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества
сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в
цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности,
либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках
поджелудочной железы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, которые
накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные
ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда
перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида
заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов
(полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав
мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи происходят обновление и рост
плазматической мембраны.
Лизосомы. Представляют собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмы
каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты,
расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
К пищевой частице, поступившей в
цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна
пищеварительная вакуоль , внутри которой находится пищевая частица, окруженная
ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания пищевой
частицы, поступают в цитоплазму и используются клеткой.
Обладая способностью к активному
перевариванию пищевых веществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в
процессе жизнедеятельности частей клеток, целых клеток и органов. Образование
новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся в
лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах цитоплазмы.
Затем эти ферменты поступают по каналам эндоплазматической сети к аппарату
Гольджи, в полостях которого формируются лизосомы. В таком виде лизосомы
поступают в цитоплазму.
Страницы: 1, 2
|