личние документы

Химический состав клеточной мембраны (плазмолеммы) следующий: 1) белки – 55%, из них до 200 ферментов, 2) липиды – 35%; 3) углеводы – 5010% (в соединении с простыми или сложными белками). Функции липидов мембран: 1) структурная; 2) барьерная. Функции белков мембран: 1) структурная; 2) ферментативная; 3) рецепторная; 4) транспортная. Функция гликопротеидов – рецепторная. Свойства мембран: 1) пластичность; 2) полупроницаемость; 3) способность самозамыкаться. Функции мембран: 1) структурная (входят в состав большинства органоидов); 2) барьерная (поддерживает постоянство химического состава и защитная); 3) регуляция обменных процессов (мембраны – база клеточного метаболизма); 4) рецепторная. Плазмолемма включает комплекс элементарных мембран: 3-4 у животной клетки, 7-8 – у растительной. Через плазмолемму происходит поступление веществ в клетку. Способы поступления могут быть различные. 1. П а с с и в н ы й т р а н с п о р т происходит без затрат энергии, по градиенту концентрации. Это может быть фильтрация или диффузия (вода и мелкие молекулы), поступление через поры, путем растворения в липидах и облегченная диффузия посредством переносчиков (аминокислоты, сахара, жирные кислоты). 2. А к т и в н ы й т р а н с п о р т идет против градиента концентрации, с затратой энергии. Для него необходимо наличие специальных ионных каналов, ферментов и АТФ. Так работает натрий- калиевый насос. Концентрация калия в клетке выше, чем в околоклеточном пространстве, и, тем не менее, ионы калия поступают в клетку. Внутри клетки заряд отрицательный по отношению к среде. Поэтом катионы стремятся внутрь, анионы клеткой отталкиваются. Высокие концентрации К+ в клетке нужны: - для осморегуляции – сохранение клеточного объема; - поддержание эл. активности в нервных и мышечных клетках; - активного транспорта сахаров и аминокислот; - для белкового синтеза; - гликолиза, фотосинтеза. Nа 5+ 0-К 5+ 0-насос – белок, локализующийся в мембране так, что пронизывает всю толщу. С внутренней стороны мембраны к нему поступают Nа 5+ 0 и АТФ, а с наружной – К 5+ 0. Перенос за счет изменений белка. На каждые 2 поступающие иона К 5+ 0 из клетки выводится 3 иона Nа 5+ 0. Поэтому содержимое клетки становится более отрицательным по отношению к среде. Возникает разность потенциалов между сторонами мембраны. Выкачиваемый Nа 5+ 0 пассивно может диффундировать обратно в клетку. Но мембрана мало проницаема для Nа. Для К – в 100 раз быстрее. Важная роль насоса – в клетках эпителия кишечник и почечных канальцев. В нервных и мышечных клетках обеспечивает возникновение в плазматической мембране разности потенциалов – потенциал покоя. В мышечных клетках при помощи насоса накачивается Са 5++ 0 за счет АТФ. 3. Э н д о ц и т о з – захват веществ мембраной клетки (обычно макромолекул или частиц). Мембрана может захватывать твердые частицы (фагоцитоз) и жидкие (пиноцитоз). Мембрана образует впячивание, окружает частицу, замыкается и поступает в цитоплазму в виде эндосомы. Выделение из клетки веществ, заключенных в мембрану, называется 2 экзоцитозом . Поступившие в клетку вещества могут использоваться: 1) для синтеза веществ, необходимых самой клетке или выделяемых ею (анаболическая система); 2) как источник энергии (катаболическая система). Анаболическая (ассимиляция, пластический обмен) и катаболическая (диссимиляция, энергетический обмен) системы клетки неразрывно связаны, так как все процессы жизнедеятельности клетки немыслимы без энергии АТФ, которая, в свою очередь, не может образовываться без ферментных систем, строящихся в результате анаболических реакций. Также неразрывно связаны друг с другом потоки вещества и энергии, так как гетеротрофные клетки способны использовать только энергию, заключенную в сложных химических соединениях. К анаболической системе клетки относятся: 1) рибосомы, 2) ЭПС, 3) комплекс Гольджи. К катаболической системе клетки относятся: 1) лизосомы, 2) пероксисомы, 3) глиоксисомы, 4) митохондрии. У белков имеются гидрофобные участки, взаимодействующие с липидами, и гидрофильные – на поверхности мембраны в контакте с водным содержимым клетки. На поверхности мембраны находятся олигосахаридные цепи (антенны) из моносахаридных остатков. Их функции: - распознавание внешних сигналов; - для сцепления клеток, правильной ориентации и образования тканей; - иммунный ответ, где гликопротеиды играют роль антигенов. Молекулы мембранных липидов имеют гидрофильные головы и гидрофобные хвосты и упорядоченно ориентированы в бислое. Фосфолипиды, гликолипиды, стеролы (молекулы неполярны- холестерол), спирты класса стероидов. Липиды спонтанно образуют бислой, т.к. головы полярны, а хвосты нет. В теле клетки – протоплазме – различают цитоплазму (греч. cytos клетка, plasma – образование) и кариоплазму (греч. carios – ядро). Цитоплазма составляет основную массу клетки. В световом микроскопе она представляется в живой клетке гомогенной, бесцветной, прозрачной жидкостью. В клетках, убитых фиксаторами, она принимает нитевидную, зернистую или пенистую структуру. В цитоплазме различают гиалоплазму, органеллы и включения. Гиалоплазма является основным веществом клетки, с которым связаны коллоидные свойства цитоплазмы, ее вязкость, эластичность, сократимость, внутреннее движение. Гиалоплазма построена преимущественно из белков-ферментов. В отличие от прокариот, в гиалоплазме эукариот наблюдается в электронном микроскопе ряд особых белковых структур, получивших название микротрубочек, тонофибрилл, микрофиламентов. Органеллы – это специализированные постоянные компоненты цитоплазмы, обладающие определенным строением и выполняющие ту или иную функцию в жизнедеятельности клетки. Органеллы делятся на две группы: 1. _Органеллы общего назначения: митохондрии, пластинчатый комплекс, цитоплазматическая сеть, рибосомы, лизосомы, центросомы, а также пластиды и вакуоли, характерные для растительных клеток. 2. Органеллы специального назначения миофибриллы кишечных клеток, реснички, жгутики, обеспечивающие передвижение одиночных клеток (сперматозоидов, простейших, жгутиконосны бактерий), нейрофибриллы нервных клеток, а также опорные фибриллы – тонофибриллы и микрофиламенты. Цитоплазматические включения – это непостоянные структуры в цитоплазме, представляющие собой продукту жизнедеятельности клеток. По своему биологическому значению включения могут быть условно разделены на три основные группы: трофические, секреторные, специального назначения. О Р Г А Н Е Л Л Ы И В К Л Ю Ч Е Н И Я ╔══════════════════ ║ О Р Г А Н Е Л Л Ы ║ ╠══════════════════ ║ КЛАССИФИКАЦИЯ ║ Ф У Н К Ц И И ║ ╠══════════════════ ║1. Органеллы общего ║1. Органеллы общего значения . ║ ║ значения: . ║ ║ ║ 1.Митохондрии (клетки ║1.Синтез АТФ ║ ║ печени крыс – 2500, ║ ║ ║ сперматозоиды мол- ║ ║ ║ люсков – 20-22) ║ ║ ║ 2.Пластинчатый комп- ║2.Упаковка и выведение продуктов ║ ║ лекс(нейроны, овоци-║ обмена ║ ║ ты, клетки, вырабаты║ ║ ║ вающие белковый сек- ║ ║ ║ рет). ║ ║ ║ 3.Центросома ║3.Участие в делении клетк и об- ║ ║ ║ разовании аппаратов движения ║ ║ 4.Цитоплазматическая ║ ║ ║ сеть ║ ║ ║ а)гладкая (клетки ║4а)транспорт веществ,синтез угле- ║ ║ сальных желез, пе-║ водов, синтез липидов ║ ║ чени) ║ ║ ║ б)гранулярная(эр- ║4б)синтез белков на экспорт ║ ║ гастоплазма) (нер- ║ ║ ║ вные клетки, клет- ║ ║ ║ ки желез) ║ ║ ║ 5.Рибосомы ║5.Синтез белков ║ ║ 6.Лизосомы ║6.Гидролиз органических веществ ║ ║ 7.Пероксисомы ║7.Расщепление перекисей ║ ║ 8.Микротрубочки ║8.Опорная, участие в аппаратах дви- ║ ║ ║ жения ║ ║Специальные органеллы . ║Специальные органеллы . ║ ║ 1.Миофибриллы ║1.Сокращение ║ ║ 2.Тонофибриллы ║2.Опорная функция ║ ║ 3.Нейрофибриллы ║3.Транспорт веществ ║ ║ 4.Реснички, жгутики ║4.Движение ╠══════════════════ ║ В К Л Ю Ч Е Н И Я ║ ╠══════════════════ ║ КЛАССИФИКАЦИЯ ║ ПРИМЕРЫ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ║ ╠══════════════════ ║ 1.Трофические ║ 1.Белки (вителлин)-в яйцеклетках, ║ ║ ║ гликоген-в клетках печени, ║ ║ ║ жиры-в клетках жировых, ║ ║ ║ витамин С- в клетках надпочечника ║ ║ 2.Секреторные ║ 2.Белковые,слизистые-в клетках ║ ║ ║ слюнных желез ║ ║ 3.Экскреторные ║ 3.Мочевина-в клетках почки, ║ ║ ║ желчные пигменты-в клетках пече- ║ ║ ║ ни ║ ║ 4.Пигментные ║ 4.Гемоглобин-в эритроцитах, ║ ║ ║ меланин-в клетках кожи ║ ║ 5.Специальные ║ 5.Фагоцитарные частицы-в макрофа- ║ ║ ║ гах ║ ╚══════════════════ Ядро (nucleus,karion) – это постоянный структурный компонент всех эукариотических клеток, в котором сосредоточена основная масса генетического материала клетки. Пионером кариологических исследований был русский ученый Навашин, которого по праву можно назвать создателем цитогенетики. В клетках, размножающихся путем митотического деления, морфология их ядер существенно изменяется, в силу чего различают два состояния ядра: митотическое – во время деления и интерфазное – в промежутке между митотическими делениями. В интерфазном ядре различают ядерную оболочку (кариолемма), хроматин, ядрышко и ядерный сок (кариоплазму). Ядро регулирует активность клетки, несет генетическую информацию, заключенную в ДНК. ДНК обладает способностью к репликации, которая предшествует делению. Ядерная оболочка состоит из двух мембран и ядерных пор. Внутренняя часть ядра занята, главным образом, хроматином веществом, из которого состоят хромосомы эукариот. Хроматин в химическом отношении – это двойная спираль ДНК, тесно соединенная с гистоновыми и негистоновыми белками, образуя нуклеопротеидные фибриллы. Длина их в диплоидном наборе хромосом человека – 2м, а совокупная длина диплоидного набора хромосом – 150мкм. Упаковка достигается путем спирализации. Во время деления хроматин конденсируется, образуя нити - хромосомы. Существуют индивидуальные уровни упаковки наследственного материала: 1) нуклеосома (глобула, образованная 8 молекулами белков гистонов [Н2А, Н2В, Н3, Н4], вокруг которой двойная спираль ДНК образует 2,5 витка и переходит на следующую глобулу. Длина такого фрагмента ДНК включает около 200 пар нуклеотидов. Молекула гистона Н 41 0 “сшивает” соседние нуклеосомы. Такой уровень упаковки характерен для интерфазы митоза. Гистоны стабилизируют структуру хромосомы и играют роль в регуляции активности генов. Негистоновых (кислых) белков в хромосомах приблизительно вдвое меньше. Они разнообразны по молекулярному весу, структуре, видоспецифичны. Эти белки могут быть ответственны за репликацию, репарацию, транскрипцию, возможно играют роль и в активации генов. Негистоны образуют ядерный матрикс, в их составе преобладают дикарбоновые аминокислоты (аспарагин, глутамин). Сборная группа белков, в которой больше всего актина. 2) второй уровень - супернуклеосомный. Спираль нуклеосомной нити(интерфаза). 3) хроматидный. Супернуклеосома образует петли и изгибы (профаза). 4) метафазной хромосомы. Хроматида спирализуется с образованием эухроматиновых и гетерохроматиновых участков. Общий итог конденсации – укорочение нити ДНК в 54 5. 010 55 0 раз. Хранителем наследственной информации в клетке является, как правило, ДНК, поскольку в последовательности азотистых оснований нуклеотидов закодирована наследственная информаци в виде триплетного кода. Кроме ДНК носителем наследственной информации может быть и РНК, например, у вирусов табачной мозаики, полиомиелита, СПИДа. Установлено, что в хромосомах эукариот гигантская двуспиральная молекула. ДНК образована мономерами, получившими название 1 нуклеотидов 0. ДНК образуют 4 типа нуклеотидов: адениновый, гуаниновый – (пуриновые), тиминовый,цитозиновый - (пиримидиновые). Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания (пуринового Г+А или пиримидинового Ц+Т), дезоксирибозы (пятиатомный углевод) и остатка фосфорной кислоты. МОНОНУКЛЕОТИД ┌────────────────── │ │ АЗОТИСТОЕ ОСНОВАНИЕ - ПЕНТОЗА – ФОСФАТ └────────────────── НУКЛЕОЗИД Анализируя ДНК разного происхождения, Чаргафф сформулировал закономерности состава ДНК, вошедшие в науку под названием 1 правил Чаргаф 1фа: 0 правила спаривания оснований а) количество аденина равно количеству тимина (А=Т); б) количество гуанина равно количеству цитозина (Г=Ц); в) количество пуринов равно количеству пиримидинов (Г+А = Ц+Т); г) количество оснований с 6- аминогруппами равно количеству оснований с 6- кетогруппами (А+Ц = Г+Т). В то же время соотношение оснований А+Т\Г+Ц является строго видоспецифичным: человек – 0, 66, мышь – 0, 81, бактерии – 0, 41. Эти данные легли в основу детальной расшифровки структуры ДНК, сделанного 1953 году биологом Дж. Уотсоном и физиком Ф. Криком, которые предложили пространственную молекулярную модель ДНК в виде двойной спирали, которая объясняет физико- химические и биологически свойства ДНК и механизм ее в клетке. Основные постулаты модели заключаются в следующем: 1. Каждая молекула ДНК состоит из двух длинных антипараллельных полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль, закрученную вокруг центральной оси (правозакрученная – В- форма, левозакрученная – Z- форма \обнаруженная А. Ричем в конце 70-х\. 2. Каждый нуклеозид (пентоза + основание без остатка фосфорной кислоты расположен в плоскости, перпендикулярной оси спирали. 3. Две оси спирали скреплены водородными связями, образующимися между основаниями разных цепей. 4. Спаривание оснований строго специфично, пуриновые основания соединяются только с пиримидиновыми и возможные пары только: А: Т и Г: Ц. 5. Последовательность оснований одной цепи может значительно варьировать, но последовательность их в другой цепи должна быть комплементарна ей. Т.е., последовательность оснований одной цепи определяет строго комплементарную ей последовательность в другой. ДНК способна к синтезу (репликации). При этом молекула ДНК под влиянием фермента ДНК-полимеразы разделяется на две цепи и каждая из них служит матрицей для синтеза двух комплементарных цепей. В результате образуются две молекулы ДНК, имеющие идентичную молекулярную структуру. Различают три основных вида репликации ДНК: консервативный, полуконсервативный, дисперсный. Консервативный – сохранность целостности исходной двуцепочечной молекулы и синтез дочерней двуцепочечной. Полуконсервативный – разъединение ДНК по моноспирали (разрыв водородных связей) – одна материнская, вторая дочерняя, обновление наполовину. Дисперсный – распад ДНК на нуклеотидные фрагменты, новая двуцепоченая ДНК состоит из спонтанно набранных новых и родительских фрагментов. Одним из продуктов активности хромосом интерфазного ядра является ядрышко. Ядрышки – специфические участки хромосом, синтезирующие рибосомную РНК. Функция ядрышка – синтез рибосомной РНК. Плотная часть ядрышка ядрышковы организатор (много полигенов, кодирующих р- РНК). В профазе – диспергируется, в телофазе – возникает. Центральная часть представлена гранулами, где начинается свертывание р-РНК и идет сборка рибосом. Цитозоль – растворенная часть цитоплазмы, основное вещество цитоплазмы. Содержит систему филаментов, растворы солей сахаров, аминокислот, витаминов, газов. Белки образуют коллоидные растворы: золь невязкий, гель – вязкий. Протекает гликолиз, синтез жирных кислот, нуклеотидов. Т.о., основными структурными элементами хромосом являются ДНК и гистоны. В интерфазном ядре хромосомы состоят из одной очень растянутой хроматиды (толщина 25 нм) и не видны в оптический микроскоп. Т.о., хроматин ядра – это деконденсированные функционирующие хромосомы, которые не теряют своей индивидуальности от деления до деления клетки. В клеточном ядре хромосомы осуществляют свою функцию, синтезирую различные типы РНК и редуплицируются. Термин ” хромосома” был предложен В. Вальдейрон в 1888 году. Метафазные хромосомы имеют обычно вид прямых или изогнутых палочек. Конфигурация определяется наличием перетяжки (центромера). Она разделяет хромосому на 2 плеча. Расположение центромеры определяет основные формы хромосом: акроцентрические, субметацентрические, метацентрические, телоцентрические, палочковидные. Участки хромосом со слабой спирализацией называют эухроматиновыми (зона высокой метаболической активности, ДНК состоит из уникальных последовательностей, Г-Ц синтез в начале периода S), а с сильной – гетерохроматиновыми (способную к транскрипции, не содержит генов, контролирует синтез РНК, в конденсированном состоянии насыщение молекулы парами А-Т (в конце периода S)). Различают: конститутивный гетерохроматин – генетически инертный, не содержит генов, не переходит в эухроматин; факультативный гетерохроматин - содержит ДНК, может быть активный, но в какой-то момент – в конденсированном состоянии. Локализуется в дистальных, проксимальны участках, реже – в промежуточных. Здесь чаще встречаются разрывы. Хромосомы подразделяются на аутосомы (соматических клеток) и гетерохромосомы (половых клеток). По предложению Левитского (1924) диплоидный набор соматических хромосом клетки был назван к а р и о и п о м. Для лучшего описания хромосом кариотипа по предложению Навашина С. Г. их располагают в виде и д и о г р а м м ы (греч. idios – своеобразный, gramma – запись) _систематизированный кариотип. . В 1960 году была предложена в г. Денвере международная классификация хромосом. В кариотипе соматической клетки различают 22 пары аутосом и пару половых хромосом. Набор хромосом в соматических клетках называют д и п л о и д н ы м а в половых клетках равен половине набора соматической и называется г а п л о и д н ы м. Диплоидный набор человека делят на 7 групп, в зависимости от размеров, формы и расположения центромеры: 1 – 1-3 крупные метацентрические 2 – 4-5 крупные субметацентрические 3 – 6-12 и Х-хромосома средние метацентрические 4 – 13-15 средние акроцентрические 5 – 16-18 относительно малые мета-субметацентрические 6 – 19-20 маленькие метацентрические 7 – 21-22 и Y-хромосома наиболее маленькие акроцентрические. В основе Парижской (1971) классификации лежат методы специальной дифференциальной окраски, при которой в каждой хромосоме выявляются характерный только для нее порядок чередования светлых и темных дисков. ПРАВИЛА ХРОМОСОМ: 1. Индивидуальность. 2. Парность. 3. Постоянство числа. 4. Непрерывность. Основная функция хромосом – хранение, воспроизведение, передача генетической информации в клетке при размножении. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, развивается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние сигналы (раздражители), способна двигаться. Клетка является наименьшей структурной и функциональной единицей живого. Для клетки является характерным организация потоков вещества, энергии информации. ” Живое вещество ” или ” живое состояние ” – это, в первую очередь, не структура, а процесс. Структуры живого не стабильны, а постоянно разрушаются и строятся заново. Это обновление (поток вещества) протекает с различными скоростями. Мерой этого процесса служит период биологического полуобновления. Т.е., время, за которое половина данного вещества заменяется новыми молекулами. Энергия – это ” способность производить внешнее действие, т.е. совершать работу “(Планк). По виду обмена веществом и энергией с окружающей средой различают следующие виды систем: 1. Изолированные системы – никакой обмен невозможен. 2. Адиабатические системы – невозможен обмен веществом, но возможен обмен энергией, кроме тепловой. 3. Замкнутые системы – невозможен обмен энергией, но возможен об мен веществом. 4. Открытые системы – возможен обмен веществом и энергией. СВОЙСТВА ЖИВОЙ СИСТЕМЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ НА УРОВНЕ КЛЕТКИ: - самообновление (поток вещества и энергии); - самовоспроизведение (преемственность между генерациями биологических систем); - саморегуляция (основана на потоке вещества, энергии, информации).