Сравнительная характеристика растительных и животных клеток
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Дрождина Е.П., Курносова Н.А., Михеева Н.А.
Цитология
Учебно-методическое пособие
Ульяновск, 2015г
УДК
ББК
Печатается по решению Ученого совета
Института медицины, экологии и физической культуры
Ульяновского государственного университета
Рецензенты:
доктор медицинских наук, заведующая кафедрой морфологии
Института медицины, экологии и физической культуры
Ульяновского государственного университета Е.В. Слесарева;
кандидат биологических наук,
доцент кафедры педагогики Ульяновского государственного
педагогического университета им. И.Н. Ульянова Л.А. Казакова
Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с программой дисциплины «Цитология» и предназначено для студентов экологического факультета направления подготовки «Биология». В пособии представлена характеристика структурно-функциональных особенностей клеток на основе данных световой и электронной микроскопии, приведены рекомендации по проведению лабораторных занятий, описание микропрепаратов и электронограмм клеток.
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение………………………………………………………………… | ||
| 1. | Клетка как элементарная единица жизни……………………..….. | |
| Лабораторное занятие №1………………………………………….… | ||
| Задания………………………………………………………………….. | ||
| 2. | Биологическая мембрана. Транспорт через мембрану………….. | |
| Лабораторное занятие №2……………………………………….…… | ||
| Задания………………………………………………………………….. | ||
| 3. | Плазматическая мембрана………………………………..……….… | |
| Лабораторное занятие №3……………………………………..……... | ||
| Задания………………………………………………………………….. | ||
| 4. | Органоиды энергетического обмена……………………………….. | |
| Лабораторное занятие №4……………………………………………. | ||
| Задания………………………………………………………………….. | ||
| 5. | Немембранные органоиды клетки. Включения………………..… | |
| Лабораторное занятие №5……………………………………………. | ||
| Задания………………………………………………………………….. | ||
| 6. | Ядро……………………………………………………………………... | |
| Лабораторное занятие №6………………..…………………………... | ||
| Задания………………………………………………………………….. | ||
| 7. | Жизненный цикл клетки……………..……………………………… | |
| Лабораторное занятие №7…………………………………..………... | ||
| Задания………………………………………………………………….. | ||
| Рекомендуемая литература…………………………………………….. |
|
|
|
|
|
|
Введение
Цель дисциплины – сформировать знания по основным разделам биологии клетки, строении, функциях и жизнедеятельности живых систем на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях, а также овладеть навыками исследовательской работы с биологическими объектами.
Задачами изучения дисциплины являются:
- систематизация теоретические знания о современном состоянии учения о клетке;
- овладение понятиями современной цитологии;
- изучение организации регуляторных механизмов целостной клетки;
- овладение системным и историческим подходами к изучению многоуровневых живых систем как результата эволюционного процесса, формирование биологического стиля мышления;
- приобретение знаний о взаимозависимости и единстве структуры и функции, их изменчивости в процессе фило- и онтогенеза;
- овладение навыками исследовательской работы с биологическими объектами, ознакомление с методами и подходами к их изучению;
|
|
|
- выработка умений использовать полученные знания при изучении последующих биологических дисциплин.
Тема 1. Клетка как элементарная единица жизни.
1. Клеточная теория.
2. Прокариотические клетки.
3. Растительные и животные клетки.
1. C овременная клеточная теория включает следующие положения:
1. Все растительные и животные организмы состоят из клеток.
2. Все клетки сходны по строению, основным свойствами происхождению.
3. Клеточное строение характеризует рост и развитие организмов.
4. Новые клетки образуются только путем деления клеток-предшественниц.
5. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему взаимодействующих клеток, объединенных в ткани и органы и связанных друг с другом с помощью гуморальных и нервных факторов.
Прокариотические клетки
Надцарство Прокариот объединяет доядерные организмы, характеризующиеся отсутствием оформленного клеточного ядра. Система прокариот может быть представлена в следующем виде:
Надцарство Прокариоты (доядерные)
царство Дробянок
подцарство Архебактерии
Эубактерии
Цианобактерии
|
|
|
Структурная организациябактериальной клетки
Прокариоты имеют микроскопическую величину. В большинстве случаев размер клетки составляет 1 – 3 мкм. Для бактерий характерны три основные формы клеток: шаровидная или кокковидная, цилиндрическая (палочковидная) и извитая.
Бактериальная клетка состоит из следующих основных компонентов:
· поверхностные клеточные структуры и внеклеточные образования (клеточная стенка, капсула, жгутики, фимбрии);
· цитоплазматическая мембрана;
· цитоплазма с включениями;
· нуклеоид.
Клеточная стенка –поверхностный слой, расположенный снаружи от цитоплазматической мембраны, придающий бактерии определенную форму и сдерживающий высокое осмотическое давление в клетке.
Клеточная стенка грамположительных бактерий плотно прилегает к цитоплазматической мембране. Основную массу вещества клеточной стенки (40-90%) составляет муреин. Муреин - это органическое соединение сложного строения, в состав которого входят аминосахара и 4-5 аминокислот. Клеточная стенка грамотрицательных бактерий многослойная. Внутренний электронно-плотный слой (2-3 нм) состоит из муреина. Снаружи к нему прилегает волнистый слой (8-10 нм), имеющий строение, характерное для элементарных мембран – это наружная мембрана. Снаружи клеточная стенка прокариот часто бывает окружена слизистым веществом. Такие образования в зависимости от структурных особенностей получили название капсул, микрокапсул,слизистых слоев или чехлов. Всеони являются результатом биосинтеза клеткой органических полимеров.
Жгутики определяют подвижность бактерий. Представляют собой тонкие нити, длина которых превосходит длину клетки. Количество жгутиков может быть различным, от одного до нескольких десятков. Бактериальные жгутики состоят из белка флагеллина, субъединицы которого образуют полый цилиндр диаметром около 10 – 20 нм. Подвижные бактерии обладают способностью к таксису.
Фимбрии или пили короче и тоньше жгутиков, представляют собой полые нити диаметром около 10 нм. Фимбрии состоят из белка пилина. Выделяют 1) фимбрии, ответственные за адгезию, т.е. прикрепление к поражаемой клетке (пили общего типа); 2) фимбрии, ответственные за питание, водно-солевой обмен; 3) половые или конъюгационные (F-пили) принимают участие в половом процессе бактерий, необходимы в качестве тоннеля, по которому происходит передача ДНК. Являются необязательной клеточной структурой.
Цитоплазматическая мембрана прокариот по структуре и функциям не отличается от цитолеммы эукариот. Однако, есть отличия в химическом составе, например, в мембранах бактерий отсутствует холестерол. У некоторых архей мембранные липиды формируют монослойную мембрану, по толщине равную бислойной. Монослойная липидная мембрана обладает большей жесткостью по сравнению с бислойной. У прокариот цитоплазматическая мембрана является единственной мембраной.
Цитоплазма - содержимое клетки, окруженное цитоплазматической мембраной. Представляет собой коллоидную систему, неподвижна. В цитоплазме содержатся различные макромолекулы (тРНК, аминокислоты, нуклеотиды), могут быть включения. Рибосомы бактерий имеют коэффициент седиментации 70S (состоят из 50S и 30Sсубъединиц) в отличие от рибосом, характерных для эукариотических клеток, у которых коэффициент седиментации 80S (60S и 40S).
Характерная черта организации прокариот – отсутствие типичных мембранных органелл, т.е. структур, полностью отграниченных от цитоплазмы элементарными мембранами.При избыточном росте по сравнению с ростом клеточной стенки цитоплазматическая мембрана образует впячивания в виде сложно закрученных мембранных структур, называемых мезосомами. Хорошо развитые и сложноорганизованные мезосомы характерны для грамположительных бактерий. У грамотрицательных бактерий мезосомы встречаются реже и устроены относительно просто организованы. Менее сложно закрученные структуры называют внутрицитоплазматическими мембранами.
Генетический аппарат прокариот – нуклеоид - представляет собой компактное образование, занимающее центральную область в цитоплазме и не отделенное от нее мембраной.
Вся генетическая информация прокариот содержится в кольцевой молекуле ДНК. В центре нуклеоида ДНК суперспирализована. В обеспечении такой организации ДНК участвуют молекулы РНК, белки гистоны у большинства прокариот отсутствуют.Суперспирализованные петли соответствуют неактивным в данное время участкам ДНК. По периферии нуклеоида располагаются деспирализованные участки, на которых происходит синтез иРНК. При этом процессы транскрипции и трансляции не разделены ни пространственно, ни временно, а идут одновременно, одна и та же молекула иРНК может быть связана и с ДНК и рибосомами.
Кроме нуклеоида, в бактериальной клетке содержатся «внехромосомные» факторы наследственности – плазмиды. Они представляют собой спирализованные кольцевые молекулы двухцепочесной ДНК. По размерам плазмиды составляют 0,1 – 5% от ДНК нуклеоида. Плазмиды способны автономно реплицироваться, также могут включаться в «хромосомную» ДНК и удваиваться вместе с ней. Плазмиды придают бактериям дополнительные свойства. Например, R-плазмиды несут гены, ответственные за устойчивость к лекарственным препаратам, F-плазмиды (факторы фертильности) определяют способность бактерий к конъюгации, плазмиды деградации контролируют способность бактерий расщеплять некоторые вещества.
Размножение большинства прокариот осуществляется путем бинарного деления. Перед делением клетки происходит репликация ДНК по полуконсервативному типу.
Обмен генетическим материалом у бактерий. Кроме основного механизма передачи генов - по наследству (по вертикали), у бактерий существуют формы обмена генетическим материалом по горизонтали, т.е. между отдельными особями в популяции клеток: конъюгация, трансформация, трансдукция.
1) Трансформация– процесс передачи генетической информации от донора к реципиенту в виде изолированной внеклеточной ДНК.
2) При трансдукциигенетическая информация от одной клетки к другой переносится с помощью бактериофагов.
3) Конъюгация– процесспереноса ДНК осуществляется в результате прямого контакта между клетками бактерий.
Сравнительная характеристика растительных и животных клеток
Общие признаки
1. Общий план строения (ядро, цитоплазма, клеточная оболочка)
2. Универсальное строение мембран
3. Сходство процессов жизнедеятельности
4. Единство химического состава
5. Сходство процесса деления клетки
Отличительные признаки
| Характеристика | Растительная клетка | Животная клетка |
| Форма клеток | Постоянная | Разнообразная, может изменяться |
| Пластиды | Лейкопласты, хлоропласты, хромопласты | Отсутствуют |
| Клеточный центр | У высших растений отсутствует | Есть во всех клетках |
| Вакуоли | Есть крупные вакуоли, заполненные клеточным соком | Крупные вакуоли отсутствуют, могут встречаться мелкие вакуоли (сократительные, секреторные) |
| Клеточная стенка | Есть, состоит из целлюлозы | Нет |
| Цитоплазматическая мембрана, гликокаликс | Гликокаликс отсутствует | На наружной поверхности мембраны есть гликокаликс |
| Эндоцитоз, экзоцитоз | Отсутствуют | Есть |
| Промежуточные филаменты | Отсутствуют | Есть |
| Основное запасное вещество | Крахмал | Гликоген |
Лабораторное занятие №1
1. Бактериальная клетка(окраска по Граму), ×280
|
При большом увеличении микроскопа рассмотрите скопления бактерий палочковидной формы. Цитоплазма бактериальной клетки окрашена с сине-фиолетовый цвет. Отдельные бактерии соединены друг с другом в цепочки большей или меньшей протяженности. Клеточные оболочки бактериальных клеток не выявляются и выглядят в виде прозрачного пространства между клетками, образующими цепочку.
|
|
Зарисуйте участок цепочки, включающий несколько бактериальных клеток. Обозначьте на рисунке: 1) цепочка бактериальных клеток2) бактерия палочковидной формы
2. Электронная микрофотография.Бактериальная клетка, ×12000
Рис.2. Escherichia coli в процессе деления
Рассмотрите электронную микрофотографию делящейся Escherichia coli (продольный срез клетки). Обратите внимание на клетки вытянутой формы, покрытые тонковолокнистой оболочкой (клеточная стенка). Под клеточной стенкой видна плазматическая мембрана. Цитоплазма имеет большую электронную плотность, имеет тонную гранулярную структуру. В центральной зоне цитоплазмы видны более светлые участки. Это зона расположения бактериальной ДНК – нуклеоид.
Обозначьте на рисунке: 1)клеточная стенка2) цитоплазма3)нуклеоид.
3. Электронная микрофотография и золированного нуклеоида E. coli
Рассмотрите электронную микрофотографию нуклеоида, выделенного из клетки E. coli. Хорошо различимы расправленные петли ДНК. Некоторые петлевые домены суперскручены.
Обозначьте на рисунке:
1. Суперспирализованные центральные петли ДНК
2. Деспирализованные петли ДНК (показаны стрелками)
Рис.3. ИзолированныйнуклеоидE.coli
4. Растительная клетка (кожица лука), × 280 (временный препарат)
Для ознакомления состроением растительной клетки используют кожицу, покрывающую внутренние чешуи лука. Слегка надрезанная скальпелем или препаровальной иглой кожица легко снимается.
Рассмотрите клетки кожицы лука при малом и большом увеличении микроскопа. Клетки кожицы разных размеров, многоугольные, с тонкими, плотносомкнутыми стенками (рис.4).
В некоторых участках стенки пересечены узкими каналами – порами, которые посередине перегорожены невидимой в световой микроскоп мембраной. В клетке хорошо заметно ядро с ядрышком. Ядро окружено цитоплазмой, составляющей так называемый ядерный кармашек, соединенный тяжами с постенным слоем цитоплазмы.
Обозначьте на рисунке: 1 – цитоплазма, 2, 3 – ядро, 4, 5 – клеточная стенка.
5. Общая морфология животной клетки. Печень аксолотля (окраска гематоксилин-эозином), × 280
Рассмотрите препарат при малом увеличении микроскопа.Основу препарата составляют крупные многоугольные печеночные клетки. Они резко отграничены друг от друга и содержат относительно маленькие круглые ядра.
Рассмотрите препарат при большом увеличении. Цитоплазма клетки имеет зернистую или сетчатую структуру и окрашена эозином в розовый цвет, в ней видны бесцветные вакуоли, которые получаются в результате растворения фиксатором жира, находящегося в клетках печени в большом количестве. Почти в центре клетки лежит округлое ядро. Внутри ядра можно различить зерна и глыбки хроматина, интенсивно окрашивающегося гематоксилином в фиолетовый цвет. Среди зерен хроматина расположены одно или, реже, два круглых ядрышка, окрашенные эозином в розовый цвет. Нередко встречаются клетки с двумя ядрами.
На препарате, кроме клеток печени, могут встречаться еще скопления темно-коричневых отростчатых пигментных клеток. Иногда можно увидеть эритроциты - желтовато-красные клетки овальной формы с темно-фиолетовым ядром. Если срез прошел через край печени, то на препарате будут видны другие кровяные клетки, главным образом округлые лейкоциты, находящиеся на разных стадиях развития. У взрослых земноводных кроветворение происходит в краевой зоне печени.
Обозначьте на рисунке: 1 –печеночная клетка многоугольной формы, 2 – ядро, 3 – цитоплазма, 4 – граница клетки, 5 – капилляр с эритроцитами.
6. Эритроциты лягушки (окраска гематоксилин-эозином), × 280
Большинство клеток мазка являются эритроцитами. Они имеют овальную форму и плотное овальное ядро. Ядро интенсивно окрашивается гематоксилином в сине-фиолетовый цвет. Цитоплазма эритроцитов окрашивается эозином в оранжево-красный цвет за счет гемоглобина, растворенного в цитоплазме. Кроме эритроцитов в мазке крови встречаются лейкоциты тромбоциты.
Обозначьте на рисунке:1 – ядро, 2 - цитоплазма
6. Отросчатые клетки в спинном мозге собаки,× 280(импрегнация серебром)
На поперечном срезе спинного мозга серое вещество располагается в центре в виде бабочки, белое - по периферии. В середине находится отверстие - центральный канал. Более узкие выступы "бабочки"- задние рога, более широкие - передние. Наиболее крупные нервные клетки расположены в передних рогах серого вещества - это двигательные нейроны. На большом увеличении микроскопарассмотрите форму двигательных нейронов.
Обратите внимание на наличие нескольких отростков. В связи с тем, что отростки обычно перерезаны на очень близком расстоянии от тела нервной клетки, на срезе невозможно отличить дендриты от аксона. Ядро содержит одно круглое ядрышко и очень мало зернистого хроматина, имеет вид светлого пузырька.
Обозначьте на рисунке:1 – ядро, 2 – цитоплазма, 3 – отростки нейрона.
Задания
1.Заполните таблицу «Сравнительная характеристика прокариот и эукариот»
| Характеристика | Прокариоты | Эукариоты |
| Наличие ядра | ||
| ДНК | ||
| Мембранные органоиды | ||
| Немембранные органоиды | ||
| Цитоплазматическая мембрана | ||
| Клеточная стенка | ||
| Жгутики | ||
| Движение цитоплазмы | ||
| Дыхание | ||
| Фотосинтез | ||
| Размножение |
Закончите предложения
1. Клеточная теория сформулирована … и … в …. году.
2. Доядерные организмы, характеризующиеся отсутствием оформленного клеточного ядра, объединяют в надцарство …. .
3. Основную массу вещества клеточной стенки бактерий составляет ….
4. Бактериальные жгутики состоят из белка …, субъединицы которого образуют полый цилиндр диаметром около 10 – 20 нм.
5. Рибосомы бактерий имеют коэффициент седиментации … .
6. У прокариот отсутствуют типичные … органеллы.
7. Впячивания цитоплазматической мембраны имеют вид сложно закрученных структур и называются … .
8. Генетический аппарат прокариот называется … .
9. «Внехромосомные» факторы наследственности бактериальной клеткиназываются … .
10. У бактерий существуют такие формы обмена генетическим материалом по горизонтали, как … , …. и …. ..
3. Ситуационная задача. На препарате видны клетки кубической, призматической, округлой, веретеновидной и отростчатой форм. Какая из них выполняет сократительную функцию?
Основные понятия
нуклеоид
муреин
мезосомы
фимбрии (пили)
плазмиды
конъюгация
трансформация
трансдукция
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1265; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!