Слайд 1ТЕМА ЛЕКЦИИ
Вводная. Биология. Человек. Медицина. Биология клетки
Слайд 2ПЛАН
1. Биология как наука. Структура дисциплины «биология», преподаваемой в медицинском
университете
2. Определение и происхождение жизни. Уровни организации живого
3. Клеточный
уровень организации
Слайд 3Биологическая основа человека
Социальная основа человека
Человек
Природа человека биологическая, сущность - социальная
Слайд 4И.В. ДАВЫДОВСКИЙ
МЕДИЦИНА, ВЗЯТАЯ В ПЛАНЕ ТЕОРИИ – ЭТО ПРЕЖДЕ ВСЕГО
–
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
Медицина – это область науки и практической
деятельности, направленная на сохранение и укрепление здоровья, предупреждение и лечение болезней людей
Слайд 5Биология - это
наука о жизни,
изучающая живые организмы,
их строение,
функции, индивидуальное развитие, взаимоотношения между ними и окружающей средой,
эволюцию
Биология
относится к ведущим отраслям естествознания.
Высокий уровень развития биологии служит необходимым условием прогресса медицинской науки и здравоохранения.
Слайд 6СТРУКТУРЫ ДИСЦИПЛИНЫ БИОЛОГИЯ
Слайд 7Модуль 1. Общая характеристика жизни. Клеточный и молекулярно-генетический уровни организации
жизни
1. Вводная. Биология. Человек. Медицина. Уровни организации жизни. Биология клетки
2.
Воспроизведение на молекулярном и клеточном уровнях. Жизненный цикл клетки
3. Структурно-функциональная организация наследственного материала (генный, хромосомный и геномный уровни)
Основные модули при изучении биологии:
Слайд 8Модуль 2. Организменный (онтогенетический) уровень организации биологических систем
4. Воспроизведение на
организменном уровне. Особенности репродукции человека
5. Аллельные и неаллельные гены, их
взаимодействия. Типы моногенного наследования. Независимое и сцепленное наследование
6. Генотип как система взаимодействующих генов. Полигенное наследование признаков
7. Изменчивость и ее формы. Мутагенез. Антимутационные барьеры
8. Человек как объект генетических исследований. Задачи, принципы и методы МГК
9. Онтогенез, его периоды. Общие закономерности прогенеза, эмбриогенеза и постнатального периодов
Слайд 9Модуль 3. Популяционно-видовой уровень организации живых систем
10. Теория биологической эволюции.
Элементарные факторы эволюции. Особенности популяционной генетики человека.
Слайд 10Модуль 4. Биогеоценотический уровень организации биологических систем
11. Общая экология и
экология человека. Эндо-, аут-, дем-, синэкология. Факторы окружающей среды. Адаптация
человека к среде обитания
12. Паразитизм как экологическое явление. Паразитарные болезни человека
13. Трансмиссивные и природно-очаговые заболевания. Протозоонозы с трансмиссивной передачей и природной очаговостью
14. Медицинская гельминтология и арахноэнтомология
Слайд 112. Определение и происхождение жизни.
Уровни организации живого
Слайд 12ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ
ЖИЗНЬ – открытая система комплекса белков и нуклеиновых кислот,
в самой химической структуре которых заложены ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО,
проявляющиеся при
условии постоянного обмена энергией, веществом, информацией живых систем со средой
Слайд 13ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО
САМОСОХРАНЕНИЕ (система мембран)
САМОРЕГУЛЯЦИЯ (система получения и превращения
энергии)
САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ (репликация, транскрипция и трансляция)
Слайд 14Основные гипотезы появления жизни:
Панспермия.
Креационизм.
Абиогенное образование органических веществ из неорганических.
Слайд 15Жизнь на Земле возникла естественным путем из неживой материи, как
результат реализации объективных физико-химических законов превращения вещества и энергии.
Абиогенное образование
органических веществ из неорганических
Слайд 16Эволюция жизни на Земле
(А.И. Опарин, 1924)
I Химический этап
(4,5 млрд. л.н.)
в атмосфере: СН4, СО, NH3, H2, N2, H2O (анаэробные условия) + энергия
абиогенный синтез орг. соединений
макромолекулы
коацерваты
протоклетки
II Биологический этап (3,5 млрд.)
Слайд 17СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЖИЗНИ
1 ЭТАП - Синтез и накопление
мономерных органических соединений
2 ЭТАП – Образование хирально «чистой» органической среды
(только левые аминокислоты и правые сахара).
3 ЭТАП – Самосборка мономеров в полимеры – РЕПЛИКАЦИЯ и ТРАНСКРИПЦИЯ
самосохранение абсолютной хиральной «чистоты» молекул живой природы
Слайд 18Основные формы жизни на земле: Доклеточные. Клеточные.
Типы клеточной организации:
Прокариотический (4,0
– 4,2 млрд. лет назад).
Эукариотический (3,0 – 3,5 млрд. лет
назад)
Слайд 19Вирусы лишены клеточной структуры
Слайд 20Бактериофаг
Вирусы
Helicobacter
Палочка Коха
Цианобактерии
Формы жизни
Слайд 21Уровни организации жизни
Молекулярно – генетический.
Клеточный.
Организменный (онтогенетический).
Популяционно – видовой.
Биогеоценотический.
Биосферный.
Слайд 22Молекулярно – генетический уровень
представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов,
и стероидов
Самыми малыми биологическими молекулами являются нуклеотиды, аминокислоты и сахара
(диаметр
молекулы гемоглобина человека составляет 6,5 нм)
Нуклеиновые кислоты.
Белки.
Слайд 23Белки определяют способность живого к самосохранению.
ДНК –
к самовоспроизведению.
На
этом уровне начинаются и осуществляются важнейшие процессы жизнедеятельности (кодирование и
передача наследственной информации, дыхание, обмен веществ и энергией и др.)
Слайд 24Клеточный уровень организации живой материи
Низшим уровнем организации живого, обладающим всеми
свойствами живой материи является клетка
Слайд 25Тканевой уровень
представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения
и сходных функций.
У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная,
соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа).
На этом уровне происходит специализация клеток.
Слайд 26Органный уровень
Представлен органами
У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение,
передвижение и размножение осуществляются за счет органелл.
У более совершенных
организмов имеются системы органов.
Слайд 27Организменный уровень
представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растительной и животной природы.
происходит реализация генетической информации, создание структурных и функциональных особенностей
,
присущих организмам данного вида.
Слайд 28Популяционный уровень
Растения и животные объединены в популяции.
Популяции характеризуются определенным
генофондом и определенным местом обитания.
В популяциях начинаются и идут
элементарные эволюционные преобразования, происходит выработка адаптивной формы
Слайд 29Видовой уровень
В составе одного вида может быть от одной до
многих тысяч популяций.
Вид является единицей классификации живых существ.
Слайд 30Биоценотический уровень
Представлен биоценозами — сообществами организмов разной видовой принадлежности.
В
сообществах организмы разных видов в той или иной мере зависят
один от другого.
биогеоценозы (экосистемы) - системы, состоящие из взаимозависимых сообществ организмов и абиотических факторов среды.
На этом уровне осуществляются вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью организмов.
Слайд 31Биосферный (глобальный) уровень
является высшей формой организации живого (живых систем)
представлен
биосферой
На этом уровне осуществляется объединение всех вещественно-энергетических круговоротов в
единый гигантский биосферный круговорот веществ и энергии
Слайд 323. Клеточный уровень организации
3.1. Клеточная теория
3.2. Типы клеточной организации
3.3. Гипотеза эндосимбиоза (симгенеза)
3.4. Строение клетки
3.5. Потоки вещества, энергии
и информации в клетке
Слайд 33Клеточный уровень организации живой материи
Вне клетки не существует жизнедеятельности.
Клетка –
это обособленная, наименьшая по размерам структура, которой присуща вся совокупность
свойств жизни, способная поддерживать эти свойства в самой себе и передавать их в ряду поколений.
Слайд 34Клетка может существовать
как отдельный (одноклеточный организм (бактерии, простейшие, многие водоросли
и грибы),
так и в составе тела многоклеточных животных, растений
и грибов
Слайд 35Элементарное явление, обеспечивающее процесс сохранения и развития жизни на клеточном
уровне:
Ковариантная репликация ДНК.
Реакции клеточного метаболизма.
Изменения организма в онтогенезе.
Изменения генофонда под
действием элементарных эволюционных факторов.
Круговороты веществ и энергии.
Слайд 36Исследование клетки
В 1665 англичанин Роберт Гук впервые наблюдал и описал
клеточное строение у растений, рассматривая под микроскопом срез пробки
в 19
– начале 20 века - открытие ядра и органоидов клетки и выяснение их функций усилиями многих ученых
в 50-х годах 20 века - создание электронного микроскопа
в 1590 году - изобретение братьями Янсон первого светового микроскопа
Слайд 37наука о клетке - цитология
от греческого «китос» - вместилище и
«логос» - учение
Слайд 38Клеточную теорию создали М. Шлейден и Т. Шванн (1838–39 гг.).
Основные положения современной клеточной теории:
1.Элементарной структурной и функциональной единицей
всего живого является клетка.
2. Клетка происходит только от клетки (путем деления).
3. Многоклеточный организм не простая сумма клеток, а единое целое.
Слайд 39клеточная теория
как важнейшее научное доказательства единства всего живого
Р.
Вирхов создал концепцию клеточной патологии (1858), определившую главные пути развития
медицины.
концепция придавала особое значение структурно-химическим изменениям на клеточном уровне в течении патологических состояний,
способствовала возникновению в практическом здравоохранении патологоанатомической службы.
все клетки, несмотря на различия в форме, размерах, построены и функционируют в целом одинаковым образом
Слайд 40Виды клеточной организации
Прокариотические клетки
не имеют структурно оформленного ядра
Эукариотические
клетки
имеют структурно оформленное ядро
Слайд 41Клетки злокачественной опухоли
Тромбоциты
Слайд 42СРАВНЕНИЕ прокариотических и эукариотических клеток
Слайд 43Прокариотические клетки
к прокариотам относят архебактерии (наиболее древние), истинные бактерии и
сине-зеленые водоросли
Среди прокариотов есть аэробы, анаэробы, автотрофы и гетеротрофы
Прокариоты
определяют границы жизни на Земле, обеспечивают круговорот многих веществ в природе.
Слайд 44Электронная фотография «сине-зеленых» водорослей
Глубоководные бактерии
Слайд 46Прокариотические клетки
отсутствует большинство органелл, отсутствующие органеллы заменяет выросты цитоплазматической мембраны-
мезосомы.
отсутствует циклоз – движение цитоплазмы.
Рибосомы прокариотической клетки существенно
отличаются от рибосом эукариот.
размеры клеток не более 10 мкм, обычно 0,5-3 мкм
отсутствует клеточный центр.
Слайд 47Структурно-функциональная организация
прокариотической клетки
Слайд 48Микоплазма – самый просто устроенный клеточный организм
Слайд 49Эукариотические клетки
имеют структурно оформленное ядро
возникли на базе прокариотических клеток
благодаря эндосимбиозу разных прокариотических клеток
Слайд 50Эукариотические клетки
Основные компоненты – оболочка, цитоплазма, морфологически оформленное ядро.
Генетический
материал сосредоточен преимущественно в хромосомах ядра.
Размеры эукариотических клеток тканей
животных и растений варьируют от 10 до 100 мкм.
Слайд 51Теория эндосимбиоза
была выдвинута в конце 19-начале 20 века
современный
этап развития теории связан с работами американского биолога Линн Маргулес
Константин Мережковский
Предложил термин «симбиогенез»
«Растения, рассматриваемые как симбиотический комплекс» (1920)
Слайд 52Теория эндосимбиоза
На первом этапе эндосимбиоза возникли различные одноклеточные эукариотические простейшие,
которые в процессе эволюции дали начало многоклеточным эукариотам из царств
грибов, растений и животных
Слайд 53Нуклео – и цитоплазма образовалась из прокариотических организмов-хозяев
Оболочка
ядра возникла на основе мембран, находящихся внутри клетки
Теория эндосимбиоза
Слайд 54Митохондрии – потомки примитивных аэробных прокариотических клеток
Пластиды – из разных
групп бактерий, способных к оксигенному фотосинтезу:
Хлоропласты – потомки
примивных сине-зеленых водорослей
Слайд 55Теория эндосимбиоза
Ундулиподии (жгутики) – из спирохет, прикреплявшихся к поверхности
клетки-хозяина.
Центриоли – потомки примитивных спирохетоподобных клеток
Митотическое деление выработалось после
поглощения спирохет, структурные элементы которых образовали системы микротрубочек митотического веретена.
Слайд 57Цитоплазма
состоит из
гиалоплазмы или матрикса,
органелл и включений
Слайд 58Гиалоплазма
(основная плазма, матрикс цитоплазмы или цитозоль) –
основное вещество цитоплазмы,
заполняющее пространство между клеточными органеллами.
Гиалоплазма содержит около 90% воды, белки,
аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, ионы неорганических соединений.
В гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процессы (гликолиз), синтез аминокислот, жирных кислот.
Слайд 59Гиалоплазма содержит множество белковых филаментов (нитей), образующих цитоскелет.
Цитоскелет определяет
форму клеток, обеспечивает движение цитоплазмы ( циклоз)
Трабекулярная сеть гиалоплазмы. /
— трабекулярные нити, 2 — микротрубочка, 3 — полисомы, 4 — клеточная мембрана, 5 — эндоплазматический ретикулум, 6 – митохондрия, 7 - микрофиламенты.
Слайд 60
компартментация – это разделения на ячейки, отличные деталями химического состава.
Отдельный компартмент представлен органеллой (одномембранными органеллами).
Важная роль в компартментации
принадлежит биологическим мембранам.
Слайд 61Строение элементарной мембраны:
1. Фосфолипидный бислой (заряженные «головки» – снаружи, незаряженные
хвосты – внутри).
2. Белки (ферменты, рецепторы, переносчики и др.) встроены
в фосфолипидный остов.
3. Снаружи к мембране примыкают липиды (липопротеиды) и углеводы (гликопротеиды), изнутри – белки.
Слайд 62Строение элементарной мембраны
Гидрофильные головки
Гидрофобные хвосты
Процентное содержание компонентов мембраны
белков в мембране
колеблется от 40 до 70%,
липидов – от 25 до
60%,
углеводов – от 5 до 10%
Слайд 63Гликокаликс
образован комплексами полисахаридов с белками – гликопротеинами и жирами –
гликолипидами
Слайд 64Функции цитоплазматической мембраны:
защитная,
регуляция проникновения веществ в клетку (К+/Na+-насос),
рецепторная функция
– восприятие сигналов,
антигенная функция (гликопротеиды мембран являются антигенами (эритроцитарные
антигены – группы крови),
электрогенная.
Слайд 65К+/Na+-насос
(Na+–K+)-ATPаза активно качает Na+ наружу, a К+ внутрь клетки против
их электрохимических градиентов.
три иона Na+ выкачиваются из клетки и
два иона К+ накачиваются в клетку.
Слайд 66МП – мембранный потенциал
(результат неравномерного распределения ионов по обе
стороны мембраны)
При раздражении клеток проницаемость мембраны по ионам К+ и
Na+ изменяется, МП падает и может возникнуть ПД – потенциал действия, что лежит в основе возбуждения нервных и мышечных клеток, передачи возбуждения по нервным волокнам
Слайд 68Одномембранные органеллы
– лизосомы,
комплекс Гольджи,
ЭПС (эндоплазматическая сеть).
Слайд 69Первичными лизосомами называют неактивные органеллы,
вторичными – в которых происходит
процесс переваривания
Одномембранные органеллы – лизосомы
Слайд 70Образование лизосом и их участие в клеточных процессах
1 — синтез
гидролитических ферментов в ЭР,
2 - переход их в АГ,
3 - образование первичных лизосом,
Слайд 71Образование лизосом и их участие в клеточных процессах
4 — выброс
и использование (5) гидролаз при внеклеточном расщеплении,
6 - эндоцитозные
вакуоли,
7 - слияние с ними первичных лизосом,
Слайд 72Образование лизосом и их участие в клеточных процессах
8 - образование
вторичных лизосом,
9 - телолизосомы,
10 – экскреция остаточных телец,
// - первичные лизосомы принимают участие в образовании автофагосомы (12)
Слайд 73Одномембранные органеллы – комплекс Гольджи
образован совокупностью диктиосом
Аппарат Гольджи - органелла,
обнаруженная в клетке итальянским исследователем Камилло Гольджи в 1898 г.
Слайд 74Микрофотография, полученная с помощью электронного микроскопа,
х 50 000.
Слайд 75Одномембранные органеллы – ЭПС
функции шероховатой сети – синтез белков, гладкой
– обмен углеводов, жиров, других веществ небелковой природы
Трехмерная реконструкция участков
гладкого и шероховатого ЭР в клетке печени
Слайд 76ПЕРОКСИСОМЫ
Окруженные мембраной пузырьки, содержащие окислительные ферменты, которые производят и разрушают
пероксид водорода.
Пероксисомы участвуют в обменных реакциях: в метаболизме липидов, холестерина
и других.
При генетическом нарушении у людей, в клетках печени и почек новорожденного отсутствуют пероксисомы
(болезнь Цевельгера),
ребенок живет всего несколько месяцев.
Слайд 77Двумембранные органеллы
митохондрии
пластиды (в растительной клетке)
Слайд 78Митохондрия
функция – ферментативное извлечение энергии (из определенных химических веществ) и
накопление энергии в виде АТФ
Схема строения митохондрии по данным электронного
микроскопа
Слайд 80немембранные органоиды
рибосомы,
клеточный центр,
микротрубочки,
микрофиламенты.
Схема строения клеточного центра
Слайд 82Основные компоненты ядра
ядерная оболочка,
кариоплазма или ядерный сок,
хромосомы
– хроматин
ядрышки.
Слайд 83Взаимосвязь ядра с компонентами цитоплазмы
Слайд 84Ядерная оболочка
состоит из двух мембран (наружной и внутренней), между которыми
находится перинуклеалярное пространство.
Наружная мембрана соединена с каналами ЭПС.
Обе
мембраны пронизаны порами.
Через поры осуществляется транспорт веществ из ядра в цитоплазму: субчастицы рибосом, иРНК и др.
Электронная микрофотография ядра, на которой видны ядерные поры.
х 30 000.
Слайд 85Ядерная оболочка разобщает транскрипцию, протекающую в ядре, от трансляции белка
в цитоплазме
Слайд 86Кариоплазма
содержит ферменты и нуклеотиды, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот и
субчастиц рибосом.
В ней располагаются хроматин и ядрышки (одно или
несколько) и происходит процессинг (созревание) иРНК, тРНК и рРНК.
Слайд 87Ядрышки
непостоянные структуры: они демонтрируются в начале деления клетки и вновь
появляются к концу его.
Химический состав: рРНК, белки и ДНК.
образуются на определенных участках хромосом – ядрышковых организаторах.
В кариотипе человека ядрышкообразующие хромосомы относятся к группе D: 13, 14, 15 пары и к группе G: 21, 22 пары.
В ядрышке происходит синтез рРНК и образование субчастиц рибосом
Слайд 88Хромосомы
Различают эухроматин (максимально деконденсированные или рыхлые участки хромосом)
и гетерохроматин
(всегда конденсированные участки хромосом, которые реплицируются позже, чем эухроматин).
представляют
собой комплекс, состоящий из ДНК (40%) и белков- гистонов (60%), богатых аминокислотами аргинином и лизином.
Слайд 89Идиограмма хромосомного набора кариотипа человека
Слайд 90СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КЛЕТКИ
• САМОСОХРАНЕНИЯ (система мембран: цитоплазматическая мембрана, мембранные органеллы)
САМОРЕГУЛЯЦИИ
(система получения и превращения энергии: митохондрии и хлоропласты)
САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ или авторепродукции
(воспроизведение себе подобных) включает ДНК, РНК, рибосомы, множество ферментов - репликация, транскрипция и трансляция)
Слайд 91Элементарное явление на клеточном уровне организации представлено реакциями клеточного метаболизма
Эти
реакции составляют основу потоков энергии, веществ и информации.
Благодаря деятельности
клетки, поступающие извне вещества превращаются в субстраты и энергию, которые используются в процессе биосинтеза белков и других соединений, необходимых организму.
Все процессы, протекающие в клетке, осуществляются в соответствии с имеющейся генетической информацией.
Слайд 92Потоки вещества, энергии и информации в клетке
На любую работу
тратится энергия АТФ, при этом используется АДФ и Ф, которые
активируют ферменты, катализирующие расщепление глюкозы, жирных кислот и аминокислот.
Энергия расщепления идет на синтез АТФ.
В аэробной эукариотической клетке синтез АТФ происходит на анаэробном и аэробном этапах дыхания.
Для восстановления потраченных веществ, клетка должна получать их извне (автотрофный и гетеротрофный типы питания).
Слайд 93Потоки вещества, энергии и информации в клетке
Слайд 94Потоки вещества, энергии и информации в клетке
– саморегулируемый процесс.
В
основе регуляции лежит принцип обратной связи: чем интенсивнее работает клетка,
тем интенсивнее обмен веществ.
Слайд 95Потоки вещества, энергии и информации в клетке
Информация может поступать в
клетку извне или возникнуть в самой клетке.
На любой сигнал
– информацию клетки реагируют изменением обмена веществ, для чего необходимы ферменты.
Слайд 96Потоки вещества, энергии и информации в клетке
Информация о синтезе любого
белка записана в ДНК.
Из ядра в цитоплазму информация о
синтезе белка – фермента поступает в виде соответствующей иРНК.
Информация из цитоплазмы в ядро поступает в виде субстратов, метаболитов, ионов и др.