Уровни организации живого (стр. 2 из 9)
Белки, входящие в состав мембраны, делятся на три группы:
- периферические, стабилизирующие положение погруженных белков в мембране,
- погруженные (полуинтегральные), осуществляющие превращение веществ,
- пронизывающие(интегральные), обеспечивающие передачу информации через мембрану в клетку и обратно.
На внешней поверхности плазматической мембраны в животной клетке белковые и липидные молекулы связаны с углеводными цепями, образуя гликокаликс. Углеводные цепи выполняют роль рецепторов. Благодаря им клетка приобретает способность специфически реагировать на воздействия извне.
Под плазматической мембраной со стороны цитоплазмы имеются кортикальный слой и внутриклеточные фибриллярные структуры, обеспечивающие механическую устойчивость плазматической мембраны.
Строение мембраны.
Важнейшим свойством мембраны является также избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия - проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации (из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Она может быть простой и облегченной.
Если вещества хорошо растворимы в жирах, то они проникают в клетку путем простой диффузии. Диффузия воды через мембрану называется осмосом. Кислород и углекислый газ в растворе быстро диффундируют через мембрану.
При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.
Активный транспорт сопряжен с затратами энергии АТФ и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Он осуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na-/ К--насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na+ наружу, поглощая при этом ионы К-. Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация К- и меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ.
В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg2-и Са2+.
В процессе активного транспорта ионов в клетку через цитоплазматическую мембрану проникают различные сахара, нуклеотиды, аминокислоты.
Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, в отличие от ионов и мономеров. Транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путем — посредством эндоцитоза. При эндоцитозе (эндо — внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впячивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.
Мембрана может захватывать как твердые частицы (фагоцитоз) , так и капли жидкости (пиноцитоз).
Процесс, обратный эндоцитозу, — экзоцитоз (экзо — наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Так выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, белки, жировые капли и др.
Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.
Функции биологических мембран следующие:
1. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.
2. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.
3. Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сигналов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.).
4. Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов).
5. Участвуют в преобразовании энергии.
Внутреннее содержимое клетки – цитоплазма – состоит из основного вещества (гиалоплазмы) , ее основных частей (органелл) и включений.
Гиалоплазма — основное вещество цитоплазмы, заполняет все пространство между плазматической мембраной, оболочкой ядра и другими внутриклеточными структурами. В ней протекают ферментативные реакции, метаболические процессы, синтез аминокислот. Гиалоплазма содержит множество белковых филаментов (нитей), пронизывающих цитоплазму и образующих цитоскелет, который определяет форму клетки .
Органеллы – компоненты клетки, выполняющие определенные функции . Эндоплазматическая сеть (одномембранная органелла) состоит из цистерн и каналов, пронизывающих цитоплазму , и делит ее на отсеки( компартменты).На поверхности шероховатой ЭПС находятся рибосомы, в которых происходит синтез белка; на гладкой - осуществляется синтез белков и стероидов. Здесь также синтезируется материал для построения мембран цитоплазмы.
Аппарат Гольджи состоит из одного слоя мембраны, образующей цистерны, переходящие в трубочки, от которых отделяются пузырьки, переносящие вещества к месту их назначения , выполняя транспортную функцию. Одна из важных задач Аппарата Гольджи – секреторная, заключается в синтезе сложных углеводов с образованием мукопротеидов. Он также участвует в образовании слизи, построении мембраны, в нем формируются лизосомы.
Лизосомы представляют собой одномембранные пузырьки, отделяющиеся от Аппарата Гольджи. Они наполнены ферментами, синтезирующимися на шероховатой ЭПС и транспортирующимися к Аппарату Гольджи . Основная функция – расщепление и переваривание веществ, поступающих в клетку, и удаление их из нее. Они также захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии, выполняя защитную функцию (фагоциты), выводят наружу отработанный материал (телолизосомы), разрушают отработанные органеллы самой клетки (аутолизосомы).
Митохондрии содержат вещества, богатые энергией, участвуют в процессах клеточного дыхания и преобразования энергии в форму, доступную для использования клеткой. Количество, размеры и расположение митохондрий зависит от функции клетки, ее потребности в энергии. Внутри мембраны митохондрий образуются многочисленные складки (кристы) , в которых протекают окислительно – восстановительные процессы с получением энергии для синтеза молекул АТФ из АДФ для работы клетки. Митохондрии содержат собственную ДНК. Около 2% ДНК клетки содержится в митохондриях.
Рибосомы относят к немембранным органеллам. В них образуются клеточные белки. Рибосомы участвуют в синтезе белка из аминокислотных остатков, присутствуют во всех клетках человека, за исключением зрелых эритроцитов. Рибосомы могут свободно располагаться в цитоплазме или на поверхности шероховатой ЭПС. Синтез белка связан с процессом транскрипции – переписывания информации, хранящейся в ДНК. Рибосома состоит из двух частей – большой и малой субъединиц, содержащих рибосомальные РНК и белки. Для осуществления синтеза белка матричная РНК с закодированной в ней последовательностью расположения нуклеотидов для постройки ДНК присоединяется к поверхности малой субъединицы . Транспортная РНК доставляет к рибосомам необходимые аминокислоты для построения полипептидной цепи, где каждая аминокислота занимает строго соответствующее ей место.
Клеточный центр, состоящий из парных центриолей и центросферы, располагается у ядра клетки. Центриоли принимают участие в делении ядра, удваиваясь в пресинтетическом периоде и формируя веретено деления.
Клеточное ядро необходимо для регуляции жизнедеятельности клетки, хранения наследственной информации (заключенной в ДНК и передающейся при делении дочерним клеткам), синтеза РНК.
Ядро имеет свою оболочку, кареоплазму – клеточный сок (содержит раствор белков, ионов, нуклеотидов), одно или несколько ядрышек, в которых происходит синтез РНК, и хроматин, состоящий из молекул ДНК и белков (гистонов и негистонов), РНК. Во время деления ядра хроматин конденсируется - спирализуется с образованием нитей хромосом. Основу хромосомы составляет молекула ДНК , связанная с белками(гистонами) в нуклеопротеид. У соматических клеток человека диплоидный набор хромосом(46), у половых – гаплоидный(23). Перенос генетической информации осуществляется от ДНК к ДНК при делении путем репликации(самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот) и от ДНК через и-РНК (м-РНК) к белку.
3.Химический состав клетки ( белки, их структура и функции).
Химические процессы, протекающие в клетке, - одно из основных условий ее жизни, развития, функционирования. Неорганические вещества.Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их большинство. Одни элементы содержатся в клетках в относительно большом количестве, другие - в малом. Неорганические веществаНа первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет почти 80% массы клетки.Вода определяет физические свойства клетки - ее объем, упругость. Велико значение воды в образовании структуры молекул органических веществ, в частности структуры белков, которая необходима для выполнения их функций. Велико значение воды как растворителя: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки. Наконец, вода является непосредственным участником многих химических реакций (расщепление белков, углеводов, жиров и др.). Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры, полярностью ее молекул. Содержание химических элементов в клетке |
Макроэлементы
К макроэлементам относят: кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %. Элементы - C, O, H, N, S, P - входят в состав органических соединений.