Сущность жизни



жүктеу 12.9 Mb.
бет6/47
Дата04.09.2018
өлшемі12.9 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   47

АМФ + Н3РО4 + 40 кдЖ = АДФ + Н2О

АДФ + Н3РО4 + 40 кдЖ = АТФ + Н2О

  • образовавшаяся АТФ по каналам эндоплазматической сети направляется в те участки клетки , где возникает потребность в энергии

  • основное значение процессов дыхания и фотосинтеза определяется тем , что они поставляют энергию для синтеза АТФ

  • АТФ чрезвычайно быстро обновляется ( каждая молекула АТФ расщепляется и вновь восстанавливается 2400 раз в сутки , т.ч. продолжительность её жизни менее 1 минуты )

Функции мононуклеотидов

  • Строительная - из нуклеотидов построены полимерные цепи нуклеиновых кислот

  • Энергетическая - АТФ , АМФ ( см . выше )

  • Регуляторная - ц АМФ ( циклический АМФ ) осуществляет связь между гормонами и внутриклеточными ферментами , регулируя активность последних

  • Каталитическая - нуклеотиды являются предшественниками ряда витаминов (тиамин , фолиевая кислота , В12 и т . д . ) , выступающих в роли коферментов

Динуклеотиды : НАД и НАДФ

  • Молекула состоит из двух нуклеотидов , соединяющихся путём реакции конденсации фосфодиэфирной связью ( прочная ковалентная связь , придающая стабильность молекуле )

  • Содержатся в клетках всех живых организмов , что говорит о единстве путей метаболизма в живой природе

НАД (никотинамиддинуклеотид )

  • первый нуклеотид - амид никотиновой кислоты т . е . никотинамид ( или витамин РР ) с сахаром рибозой и фосфатом

  • второй нуклеотид - АМФ

Р АМФ

Витамие РР

( Никотинамид ) Рибоза

НАДФ ( никотинамиддинуклеотидфосфат )

  • отличается от НАД тем , что содержит дополнительную фосфатную группу у второго нуклеотида ( ортофосфат ) для соединения с ферментами

Функции динуклеотидов

  • типичные коферменты : в ферментативных реакциях они соединяются с белками непрочно и переходят от одного фермента к другому ( в живых организмах НАД находится преимущественно в окисленной форме ( НАД+ ) , а НАДФ - в восстановленной )

  • в восстановленной форме эти коферменты переносят атомы водорода и другие вещества , окисляясь при этом

  • участвуют в окислительно - восстановительных реакциях (принимают атоиы водорода и электроны от окисляемых веществ и передают их на другие соединения - транспорт Н о и l о )


Структурная организация клетки

Методы исследования строения и функций клетки

I . Микроскопические методы

  • применяется для исследования строения клетки и её органоидов

  • позволяют эффективно исследовать живые , не фиксированные или слегка окрашенные клетки

  • главным методическим приёмом является визуальное наблюдение , в том числе их прижизненное (витальное ) исследование

  • используются объективные методы регистрации клеточного строения : микрофотографирование , цитофотометрию , микроспектрофотометрию , микрокиносъёмку и др .

Виды микроскопии :

1 . Световая микроскопия

  • осуществляется в лучах видимого спектра

  • даёт увеличение около 3000 раз

  • люминесцентная ( флоуресцентная ) микроскопия - препараты освещают сине - фиолетовыми лучами

- применяют спецефические красители флоурохромы

- вызывает свечение ( флоуресценцию ) многих органических веществ клетки ( пигментов , витаминов алкалоидов , дубильных и других высокомолекулярных соединений )



- при исследовании флоуресцирующих препаратов обнаруживают детали и тонкости строения , недоступные обыкновенной микроскопии

  • ультрафиолетовая микроскопия - рассматривание препарата в ультрафиолетовых лучах

  • интерференционная микроскопия

  • фазово - конирастная микроскопия

  • поляризационная микроскопия , а также их сочетания и модификации

  • для большей контрастности и чёткости отдельных клеточных структур применяют прижизненное окрашивание фиксированных препаратов спецефическими красителями ( фуксином , метиленовым синим , пиронином , гематоксилином ) , которые избирательно адсорбируются органоидами , что облегчает их обнаружение и исследование

2 . Электронная микроскопия

  • электронный микроскоп изобретён в 30 - х годах XX в. , даёт увеличение до 106 раз

  • применим только к фиксированным клеткам ( фиксатор убивает клетку , но не вызывает грубых изменений структур ; под действием фиксатора вещества клетки переходят в нерастворимую форму

  • в основе действия лежит просвечивание пучком электронов тончайших , обработанных электронопоглощающими и одновременно фиксирующими соединениями или напылённых парами металлов срезов и фиксация микропрепаратов в сильно увеличенном виде на специальный экран или фотопластинку

  • применяется для исследования субмикроскопического строения клеток и органелл

3. Электронная растровая эмиссионная ( сканирующая ) микроскопия

  • даёт возможность получать трёхмерную ( обьёмную ) картину изображения поверхности срезов и целого объекта

4. Микрохимические ( цитохимические ) методы

  • применение специальных цветных реакций непосредственно в клетке

  • служат для определения локализации и количественного содержания отдельных химических веществ

5. Биохимические методы

- дают возможность получения индивидуальных химических соединений и отдельных органелл

  • метод дифференциального центрифугирования - различные клеточные органеллы и включения имеют различную плотность , поэтому при очень быстром вращении ( до 60 тыс. об \ мин ) в специальном приборе - ультрацентрифуге - органеллы тонко измельчённых клеток выпадают в осадок из раствора , располагаясь слоями в соответствии со своей плотностью ( более плотные компоненты осаждаются при более низких скоростях центрифугирования ) . Эти слои разделяют и изучают отдельно

  • хроматографическое разделение смесей

  • электрофорез

6. Биофизические методы

  • метод меченых атомов - замена в молекуле одного из атомов соответствующим радиоактивным изотопом ( 3 Н , 32 Р , 14 С ) - радиоактивная метка ( не отличается по химическим свойствам , зато легко регистрируется счётчиком при перемещениях в результате химических превращений ) ; позволяет установить последовательность этапов , продолжительность во времени , зависимость от условий биохимических процессов , происходящих в живой клетке

  • изотопный анализ

  • регистрация биоэлектрических потенциалов с помощью электрофизиологической аппаратуры

  • хемилюминесценция

  • математическое моделирование

- исследуется функционирование мембран , функции органоидов , механизмы возникновения и проведения возбуждения , возникновение мышечного сокращения , биофизические особенности клеток и др

7. Микрохирургические методы



  • применяется для генетических , эмбриологических и физиологических исследований , для извлечения частей клетки и их последующего биохимического анализа

  • микрооперации производятся с помощью прибора микроманипулятора и при большом увеличении микроскопа ( пересадка ядер , хлоропластов , слияние протопластов , пересадка фрагментов зародышевых слоёв зиготы , гибридизация соматических клеток и др .)

8. Метод культуры клеток и тканей

  • выращивание выделенных из организма клеток или тканей на искусственных стерильных питательных средах

  • культура клеток и тканей - модель для изучения процессов формирования органелл , депонирования запасных органических соединений , роста клеточных оболочек , биосинтеза физиологически активных веществ и т . п .

9. Рентгеноструктурный анализ

  • основан на дифракции рентгеновских лучей при прохождении через вещества с упорядоченной структурой ( лежит в основе расшифровки структуры ДНК , гемоглобина , миоглобина , коллагена и др . биологических веществ

Клеточные структуры и их функции

Общий план строения эукариотической клетки

Клетка


Плазматическая мембрана Цитоплазма ( протопласт ) Ядро

( плазмолемма )



цитозоль ( гиалоплазма ) немембранные компоненты

мембранные компоненты

одномембранные двумембранные

( вакуолярная система )

Клеточные мембраны


  • представляют собой поверхностный структурированный слой клетки , образованные цитоплазмой ( обеспечивает связь клетки с окружающей средой, её регуляцию и защиту )

Строение мембран

  • Толщина мембран колеблется от 6 до 20 нм и её можно наблюдать только в электронный микроскоп

  • Основная модель жидкостно - мозаичная ( жидкокристаллическая ; Сингер , Николсон , 1972 г.)

  • Основную структуру мембран составляет двойной слой липидов ( в основном фосфолипиды и в значительно меньшей степени гликолипиды ) , гидрофобные хвосты которых обращены внутрь , а гидрофильные головки - наружу

  • мембранные липиды по консистенции напоминаюи оливковое масло

  • с увеличением длины углеводородных хвостов липидных молекул и количества ненасыщенных жирных кислот мембрена становится более жидкой ( чем жиже мембраны тем выше их активность )

  • липиды определяют структуру , полупроницаемость , электрические , осмотические и катионообменные свойства мембран

  • создают электроизолирующую ( диэлектрическую ) прослойку на пути движения электронов в случае неблагоприятных электрических условий

  • Второй структурный компонент мембран - глобулярные белки , погружённые в липидный бислой на различную глубину и расположенные на внешней и внутренней сторонах липидной прослойки ( до 70 % от всего состава ; чем активнее функционирование мембраны тем больше в ней белков )

  • выделяют три типа мембранных белков

1 . Переферические ( поверхностные )

* гидрофильны

* располагаются на поверхности мембраны

* фиксируются благодаря электростатическим взаимодействиям с заряженными го ловками липидов

* могут соединяться с углеводными полисахаридными компонентами ( гликопротеиды ) , образуя гликокаликс , покрывающий всю мембрану с внешней стороны

* функционально необходимы для фиксации ферментных конвейеров

2 . Интегральные ( погружённые )

* располагаются в толще липидного слоя за счёт взаимодействия с неполярными гидрофобными участками липидов ( могут свободно в нём перемещаться )



* гидрофобны

* большая часть погружённых белков мембраны - ферменты , располагающиеся в определённом порядке , образуя ферментативные конвейеры

3 . Сквозные интегральные

* собираясь в кружок образуют поровый аппарат - поры ( гидрофильные каналы ) , пронизывающие мембрану , сквозь которые могут свободно проходить полярные молекулы ( не проходят через липидный слой т. к. полярны )

* размер пор около 8 А0


  • Липидный слой определяет основные структурные особенности мембран , а белки - её функциональность

  • Наружная и внутренняя поверхность мембран не идентичны по составу липидов и белков , расположению комплексов с углеводами ( только на наружной стороне ) , т . е . плазмолемма ассиметрична

Функции мембранных белков

1 . структурные белки обуславливают строение мембраны

2 . рецепторная - участвуют в распознавании и присоединении веществ

3 . антигенная - определяют специфику поверхности мембраны и её взаимодействие с окружающей средой

4 . ферментативная - катализ метаболических процессов , изменение окружающего субстрата

5 . транспортная - образование пор , перенос веществ через мембрану , транспорт электронов



Физико – химические особенности клеточных мемебран

  1. Избирательная ( дифференциальная ) проницаемость – поступление в клетку адекватного её потребностям количества и качества веществ

  • Благодаря этому в клетке создаётся и поддерживается соответствующая концентрация ионов и осуществляются осмотические явления )

  • Некоторые мембраны пропускают только молекулы растворителя , задерживая все молекулы или ионы растворённого вещества – полупроницаемость мембран

  1. Наличие разности электрических потенциалов по обе стороны мембраны (электрического заряда )

  2. Находится в постоянном волнообразном колебательном движении

  3. Способность к самосборке после разрушающего воздействия определённой интенсивности – регенерация ( репарация )

  4. Мембраны разных типов клеток существенно различаются по химическому составу , содержанию белка , гликопротеинов и липидов

  • Различают два типа мембран : плазматическую ( плазмолемму ) и внутреннюю (отличаются по химическому составу и свойствам )

Плазматическая мембрана

  • характерна для всех клеток про - и эукариот ( имеет толщину около 75 А0 )

  • химический состав плазматической мембраны , покрывающий растительные и животные клетки , практически одинаков

  • имеет ассиметричное строение : на наружной стороне её пасположены комплексы белков с углеводами ( гликопротеины ) и полисахаридов с липидами ( гликолипиды ) отсутствующие на цитоплазматической стороне )

  • снаружи сплошным слоем покрыта полисахаридным комплексом из ветвящихся молеку полисахаридов, связанных с мембранными белками и липидами ( гликопротеины и гликолипиды ) , который называется гликокаликс ( надмембранный комплекс клеток животных )

Гликокаликс

  • Находится в непосредственном контакте с внешней средой

  • Характерной особенностью гликокаликса являетсявысокая скорость обновления составляющих его макромолекул , что обуславливает большую функциональную и филогенетическую ( эволюционную ) пластичность клеток и возможность генетического контроля адаптаций к условиям среды

Функции гликокаликса :

1 . связь клетки с окружающей средой

2 . антигенная ( распознавание и сцепление клеток друг с другом , дифференцировка тканей , формирование иммунного ответа )

2 . рецепторнвя ( паолучение и преобразование химических сигналов из окружающей среды , комплемент с гормонами , рецепторы тканевой несовместимости )



  • сахара , таким образом , могут функционировать как информационные молекулы аналогично белкам и нуклеиновым кислотам

3 . адсорбция гидролитических ферментов микроворсинок тонкого кишечника и фагоцитоз пищевых комочков ( пристеночное пищеварение )

4 . создание отрицательного заряда на мембране ( эритроциты ) , препятствующего их слипанию (агглютинации )

5 . маркеры , придающие спецефичность и индивидуальность поверхности клеток

6 . регуляция транспорта молекул



  • имеет спецефический комплекс белков не идентичных с обеих сторон мембраны

Внутренние мембраны

  • имеются только в эукариотических клетках

  • не являются производными плазмолеммы

  • значительно тоньше плазматической , т . к . содержат мало углеводов ( не имеют гликокаликса )

  • формируют клеточные органоиды - в этом состоит их главная функция

  • симметричны по химическому составу и структуре

  • имеет спецефические комплексы белков ( отличные от белков плазмолеммы )

  • занимают около 50% объёма клетки



Функции мембран

  1. Определяет и поддерживает форму клетки ( образуя в ряде случаев многочисленные выросты , мембрана значительно увеличивает площадь контакта со средой обитания )

  2. Защищает клетку от механических воздействий и проникновения повреждающих биологических агентов ( вирусов , бактерий и проч. ) – защитный молекулярный барьер

  3. Регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой

  4. Участвует в формировании модификаций плазматической мембраны ( микроворсинки , реснички жгутики , отростки нейронов и т. п. )

5. Компартаментальная - разделяет протопласт клетки на отдельные объёмные зоны ( органоиды ) - компартаменты , что даёт возможность осуществляться в одной клетке разным , часто противоположным , реакциям и препятствует смешиванию образующихся веществ ( разделение клетки на отдельные участки с разной метаболической деятельностью - разделение катаболизма и анаболизма )

6. Разграничительная – ограничение содержимого клетки от окржающей среды , поддержание соответствующих концентраций ионов , химического состава и физико - химических свойств , характерных для живой клетки ( гомеостаза )

7. Транспортная - перемещение различных веществ и ионов в клетку и из клетки ( эндоцитоз , экзоцитоз, фагоцитоз, пиноцитоз )

8. Рецепторная специфическое распознавание химических или физических факторов с помощью специальных структур гликокаликса ( связывание воздействующего фактора с комплементарным рецептором гликокаликса , изменяющее структуру гликопротеида и запускание клеточного ответа )

9. Образование и поддержание разности электрических потенциалов на внешней и внутренней стороне плазмолеммы ( электрический заряд )

10. Межклеточные контакты ( взаимодействия ) , передача нервных импульсов

11. Субстрат для локализации специфических ферментных конвейеров и электронно-транспортных цепей - место протекания подавляющего количества метаболических реаций клетки

12. Носитель маркеров , придающих специфичность и индивидуальность клетке , способствующих « узнаванию » клетками друг друга

13. Определяет антигенные свойства , клеток и тканей

14. Энерготрансформирующая – участие в энергетических процессах пробразования энергии в ходе фотосинтеза , дыхания



15. Обуславливают физио-химические особенности и биологические свойства ( функции ) всех известных органелл )

Транспорт веществ через мембрану

  • Обеспечивает поддержание гомеостаза ( рН , соответствующих концентраций ионов и т д ) , необходимого для эффективной работы клеточных ферментов , поступление питательных веществ - « сырья » для образования клеточных компонентов и источника энергии , выделение из клетки токсичных отходов ,секреция различных полезных веществ , создание ионных градиентов , необходимых для нервной и мышечной активности

  • Существует три основных механизма транспорта веществ в клетку и выхода их из клетки : пассивный транспорт - диффузия и осмос , активный транспорт и эндо - или экзоцитоз

  • аналогичный характер носит и транспорт через мембраны клеточных органелл ( внутренние мембраны )

Пассивный транспорт

Диффузия - движение молекул или ионов из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией ( по градиенту концентраций или электрохимических потенциалов )

  • осуществляется через поры мембран , т . е . белоксодержащие участки или прямо через липидный слой ( через поры транспортируются газы , участвующие в дыхании , некоторые ионы и другие мелкие гидрофильные молекулы ; через липидный слой - незаряженные и жирорастворимые - липофильные молеклы - этанол , мочевина ) ; вода диффундирует и через поры и липидный слой , т. к. её молекулы малы и не заряжены )

  • протекает до тех пор , пока концентрации вещества в двух участках не выровняются

  • скорость диффузии зависит от размера молекулы и её полярности , т. е. растворимости в жирах (чем меньше молекула и чем легче растворима в липидах - неполярна , тем быстрее она будет диффундировать через мембрану )

  • осуществляется с минимальной затратой энергии

  • может идти одновременно в разных направления ( обратима ) ; каждый тип молеку движется по своему градиенту концентрации (например , при газообмене в лёгких и тканях)

  • различают два типа диффузии в клетке : простую и облегчённую

Простая диффузия - перенос веществ в клетку через поры по градиенту концентрации без участия специальных веществ - переносчиков

Облегчённая диффузия

  • происходит с помощью специфических мембранных транспортных белков - транслокаторов (каждый конкретный белок предназначен для транспорта строго определённых химических соединений )

  • в роли переносчиков выступают ферменты , располагающиеся на внешней стороне мембраны

  • переносчики временно соединяются с молекулой или ионом и в виде комплекса без затраты энергии и транспортируют их через гидрофобную зону липидов по градиенту концентрации , возвращаясь обратно либо пустыми , либо захватив другие вещества ( главный механизм избирательной проницаемости мембран )

  • если один и тотже переносчик облегчает перенос в одном направлении , а затем другое вещество преносит в противоположном , такой процесс носит название обменной диффузии

  • путём облегчённой диффузии в клетку поступают заряженные молекулы ( ионы ) , аминокислоты моносахариды , нуклеотиды

  • Трансмембранный перенос ионов эффективно осуществляют и некоторые антибиотики - валиномицин грамицидин , нигерицин и др. ( не совершают челночных движений , а встраиваются в мембрану , образуя канал )

Активный транспорт

  • Перенос веществ происходит против градиента концентрации - концентрационного градиента ( из области с низким их содержанием в область более высокой концентрации ) ; активный транспорт ионов - это их перемещение против электрохимического градиента

  • Осуществляется только с помощью транспортных мембранных белков - переносчиков , работающих по принципу ферментов ( образуют комплиментарные комплексы с транспортируемым веществом ) ; присутствуют практически во всех типах мембран

  • Транспортные белки не перемещаются в двойном липидном слое , а изменяя свою конформацию , открывают специфические каналы для переноса определённых молекул

  • Осуществляется всеми клетками и требует значительных энергетических затрат ( используется энергия АТФ , до 25% всей энергии клетки )

  • Однонаправленное движение ( необратимо )

  • В некоторых физиологических процессах активный транспорт играет особо важную роль ( всасывание в тонком кишечнике продуктов пищеварения

  • Примером активного транспорта является работа т. н . натрий - калиевого насоса ( лучше всего изучен )

Калий – натриевый насос

  • В плазматической мембране действует натриевый насос , активно выкачивающий натрий из клетки ; обычно он сопряжён с калиевым насосом , активно поглощающим ионы калия из внешней среды и переносящим его в клетку

  • Насос – это особый белок – фермент ( К+- Nа+- АТФ-аза , катализирующий гидролиз АТФ с высвобождением энергии , которая и приводит в движение насос ) , пронизывающий толщу мембраны ; с внутренней мембраны стороны к нему поступают натрий и АТФ , а с наружной – калий

  • Во время его работы происходит перенос трёх ионов Nа+ из клетки на каждые два иона К+ в клетку ( в результате происходит накопление по обе стороны мембраны разности электрических потенциалов , иными словами , возникает электрический заряд ) ; при этом расщепляется АТФ ( более трети АТФ , потребляемой животной клеткой )

  • Во всех изученных клетках внутреннее содержимое клетки заряжено отрицательно по отношению к внешней среде , заряженной положительно

  • Выкачиваемый из клетки натрий обычно пассивно диффундирует обратно в клетку

  • Функционально калий-натриевый насос обеспечивает электрическую активность в нервных и мышечных клетках , способствует активному транспорту некоторых других веществ ( всасывание сахаров и аминокислот в тонком кишечнике , функционирование почечных канальцев) , сохранение клеточного объёма ( осморегуляция ) и проч.

Осмос

  • Особый вид диффузии

Осмос переход молекул растворителя из области с более высокой их концентрацией в область с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану ( во всех биологических системах растворителем служит вода )

Гипертонический раствор – раствор с высокой концентрацией растворённого вещества

Гипотонический раствор – раствор с низкой конценирацией растворённого вещества

  • Молекулы воды будут переходить из гипотонического раствора в гипертонический через мембрану с избирательной проницаемостью путём осмоса ( это будет происходитьт до выравнивания концентраций растворённого вещества по обе стороны мембраны , растворы станут изотоническими )

  • При помещении клетки в воду ( гипотонический раствор ) создаётся градиент водного потенциала ; вода приэтом будет поступать внутрь клетки по градиенту своей концентрации( при этом мембрана избирательно пропускает только молекулы воды )

  • В гипертоническом растворе ( более концентрированном ) вода под действием осмотических сил выходит из клетки ( при этом клетки сморщиваются , в растительной клетке уменьшаются вакуоли и цитоплазма отстаёт от клеточной стенки – явление плазмолиса , это приводит к завяданию растений

  • Морская вода гипертонична для большинства живых организмов , а пресная вода для всех организмов гипотонична

Осмотическое давление гидростатистическое давление , которое необходимо приложить , чтобы предотвратить осмотическое поступление воды в раствор через избирательно проницаемую мембрану ( чем выше концентрация раствора , тем выше его осмотическое давление и тем сильнее он поглощает воду из окружающей среды через клеточную мембрану )

  • Поскольку концентрация ионов и молекул в растительной клетке выше , чем в окружающей среде ( например , в почве ) , то в клетке развивается сосущая сила , котрая приводит к поглощению воды ( клетка в результате набухает и создаёт внутреннее гидростатистическое давление , направленное на клеточную стенку – тургорное даваление , которому противостоит равное ему по величине механическое давление клеточной стенки , направленное внутрь клетки - давление клеточной оболочки )

  • По мере поступления воды в клетку осмотическое давление (Р) и сосущая сила (S) уменьшаются , а тургорное давление ( Т ) нарастает ( S = Р Т ) ; при полном насыщении клетки водой тургорное давление равно осмотическому ( Р = Т ) , вследствие чего сосущая сила становиться равной нулю ( Р Т = О ) и поступление воды в клетку прекращается

Эндоцитоз и экзоцитоз

Эндоцитоз процесс транспорта макромолекул внутрь клетки ( белков , полисахаридов , полинуклеотидов и т. д. )

  • Процесс связан с затратой энергии ; прекращение синтеза АТФ полностью его тормозит

  • Различают два вида эндоцитоза – фагоцитоз и пиноцитоз ( связаны с активной деятельностью мембраны и подвижностью циитоплазмы )

Фагоцитоз захват и поглощение твёрдых крупных частиц мембраной клетки ( иногда даже целых клеток и их частей )

  • При фагоцитозе выросты цитоплазмы окружают капельки жидкости с плотными частицами , например бактериями , ( фагоцитарная вакуоль ) и втягивают их в толщу цитоплазмы, где происходит их ферментативное расщепление до фрагментов , усваивающихся клеткой ( фагоцитарная теория иммунитета И. И. Мечникова )

Фагоциты специализированные клетки , осуществляющие фагоцитоз ( например, лейкоциты)

Пиноцитоз захват и поглощение клеточной мембраной капельно жидкого материала с растворёнными веществами ( раствор , коллоидный раствор , суспенезия )

  • В месте соприкосновения капли с клеткой плазмолемма образует впячивание , куда помещается капля , образующаяся пиноцитарная вакуоль отшнуровывается и попадает в цитоплазму

  • Путём фаго- и пиноцитоза осуществляется питание гетеротрофных протист, защитные реакции высших организмов ( клеточный иммунитет ) , процессы метаморфоза животных ( гистолиз ) , транспорт ( всасывание белков первичной мочи в почечных канальцах )

Экзоцитоз процесс выведения из клетки высокомолекулярных веществ ( клеточных метаболитов , гормонов , жидких секретов , полисахаридов , белков , жировых капель , непереваренных плотных частиц и т. д. )

  • Выводимые вещества заключаются в мембранные пузырьки и сливаются с плазмолеммой , при этом содержимое пузырька выводится в среду , окружающую клетку

Межклеточные контакты ( взаимодействия )

  • Соединения между клетками в составе тканей и органов многоклеточных организмов могут образовываться специальными структурами – межклеточными контактами

  • Обеспечивают получение и обмен информацией между клетками , прочность тканей и органов и их нормальное функционирование , регуляцию клеточных делений и роста многоклеточных организмов

  • Выделяют следующие основные связывающие клетки структуры :

  1. Щелевой контакт – разделение плазмолемм соседних клеток узкой щелью 2 –3 нм ( встречается среди большинства клеток различного происхождения ) ; они пронизаны тонкими каналами , образованными белком коннектином – коннексонами ( по ним ионы и низкомолекулярные вещества могут диффундировать из клетки в клетку – регулируемый межклеточный транспорт молекул )

  2. Соединение типа « замка » - впячивание плазмолеммы одной клетки в другую ( на срезе такой контакт напоминает плотный шов )

  3. Пплазмодесмы ( десмосомы )– поперечные трубчатые канальцы , пронизывающие оболочки клеток через поры целлюлозных клеточных стенок , образованные плазматической мембраной , соединяющие мембраны цистерн ЭПС соседних клеток ( имеют тонкий слой цитоплазмы )

  • наиболее прочные межклеточные контакты ( встречаются только в растительных клетках во время их деления )

  • функционально интегрируют растительные клетки в единую функциональную систему – симпласт ( единая система цитоплазмы множества клеток )

Функции симпласта : межклеточная циркуляция растворов органических веществ , ионов , вирусных частиц передача биопотенциалов и другой информации )

  • Синапсы – межклеточные контакты нервных клеток на основе использования специальных химических посредников – медиаторов (см. курс « Анатомия , физиология и гигиена человека », 9 кл)

Цитоплазма

  • В цитоплазме различают : основное вещество ( цитозоль , гиалоплазма , матрикс ) , клеточные органеллы и включения

Цитозоль ( гиалоплазма , цитоплазматический матрикс , основное вещество )

Цитозоль растворимая часть цитоплазмы , заполняющая пространствомежду клеточными органеллами и образующая истинную внутреннюю среду клетки ( основная и наиболее важная часть клетки )

  • Гомогенна , прозрачна и бесструктурна при рассматривании в электронный микроскоп

  • На долю воды в цитозоле приходится около 90 % ; в этой воде в растворённом виде содержаться все основные биомолекулы ( многофазный биоколлоид )

  • Истинный раствор - образуют ионы и малые молекулы : соли , сахара , аминокислоты , жирные кислоты , нуклеотиды , витамины и растворённые газы

  • Коллоидные растворы – образуют макромолекулы : белки , РНК ( важнейшие из белков представлены ферментами синтеза жирных кислот , аминокислот и нуклеотидов , ферментами гликолиза и брожения , белковыми субчастицами для сборки микротрубочек )

Коллоидная система цитоплазмы

  • Коллоидный раствор может быть золем ( невязким ) и гелем ( вязким ) ; внешние слои цитоплазмы по консистенции ближе к гелям ( в случае осаждения на обширных поверхностях макромолекул разнообразных « примесей » возможен физиологический переход агрегатного состояния цитоплазмы из золя в гель и обратно )

  • Проявляет одновременно свойства эмульсии и суспензии ( благодаря наличию липидов и и крупных частиц )

Функции цитозоля

  1. Место хранения биомолекул , метаболитов , запасных веществ и компонентов внутриклеточных структур ( микротрубочек , рибосом и проч. )

  2. Образование внутренней среды клетки , среды для существования , функционирования и взаимодействия внутриклеточных структур ( органелл ) – объединение их в единый структурно- функциональный комплекс

  3. Среда для протекания метаболических процессов : гликолиза , брожения , синтеза жирных кислот некоторых аминокислот , нуклеотидов

  4. Внутриклеточные перемещения веществ и структур ( живая цитоплазма активна : заметно движение органелл , везикул , включений , пигментов в хроматофорах и т. д. )

Циклоз ( ток цитоплазмы ) активное движение цитоплазмы и органелл внутри клетки(особенно в растительных клетках ) ; обеспечивает оптимальное размещение органелл , ускорение биохимических реакций , выделение продуктов обмена , передвижение в пространстве ( у некоторых протист – основной способ )

  1. Обеспечивает механические свойства клеток : элластичность , способность к слиянию , ригидность , амёбоидное движение , деление клетки

  2. Обеспечивает полярность расположения внутриклеточных компонентов

  3. Обеспечивает коллоидные свойства цитоплазмы ( изменение вязкости под действием внешних и внутренних факторов )

  4. Каркасная ( опорная ) – придаёт клеткам свойственную им форму и упругость

  5. Участвует в осмотических явлениях и трансмембранном транспорте веществ

  6. Участвует в формировании опорно-двигательной системы клетки – ресничек , жгутиков

  7. Участвует в соединении клеток между собой , межклеточных контактах ( плазмодесмы )

  • Цитозоль содержит развитую сеть белковых нитей – филаментов , образующих в цитоплазме цитоскелет

Цитоскелет

  • Заполняет всё пространство между ядерной оболочкой и плазмолеммой ( присутствует только в клетках эукариот ) ; подвижная изменяющаяся структура

  • Выделяют три типа филаментов : микрофиламенты , промежуточные филаменты и микротрубочки

Микрофиламенты

  • Нити диаметром 6 нм , состоящие из глобулярных молекул белка актина и реже миозина ( 10 –15 % общего количества клеточного белка ) , которые в присутствии АТФ соединяются в длинные цепи ( каждая нить состоит из двух переплетающихся цепей )

  • Цепи полярны – они удлинняются с одного конца и укорачиваются при отщеплении актиновых глобул с другого ( их сборка и разрушение идут непрерывно в подвижных клетках )

  • Отдельные нити с помощью дополнительных белков могут сливаться и образовывать плотную сеть – актиновый гель

  • Сеть микрофиламентов располагается под плазмолеммой , в псевдоподиях

Функции микрофиламентов :

  1. Образование выростов цитоплазмы , аксонов нейронов , микрошипов , микроворсинок ( до 1000 в клетках кишечного эпителия , что увеличивает всасывающую поверхнеость ) , ложноножек (псевдоподий )

  2. Определяют специфическую форму и элластичность клеток ( например , в эритроцитах )

  3. Участвуют в передвижении клеток по субстрату и отдельных структур внутри клетки

  4. Проникновение питательных веществ в клетку в результате эндоцитоза и экзоцитоза

  5. Взаимодействие актина и миозина лежит в основе механизма мышечного сокращения

  6. Образование защитного сократительного кольца при цитотомии ( повреждении ) животных клеток и образование перетяжки при делении клеток животных

Промежуточные филаменты ( микротрабекулы )

  • Нити 2 -3 нм в диаметре , образованные фибриллярными белками разного состава в разных клетках

  • Располагаются преимущественно вокруг ядра клетки , образуя сеть (в местах пересечения или соединения концов трабекул сети располагаются хромосомы

  • Микротрабекулярная система очень динамична , быстро распадается и вновь собирается при изменении условии , например , температуры

Функции : 1. Образование каркаса клетки и движение клетки

2. Связь внутриклеточных компонентов : микротрубочек , органелл и плазмолеммы



  1. Основа клеток эпидермиса кожи хордовых животных ( состоят из белка кератина )

  • По мере накопления кератиновых нитей клетки ороговевают и слущиваются , а в некоторых случаях превращаются в волосы , ногти , когти , чешуйки и другие производные эпидермиса кожи

Микротрубочки

  • Немембранные полые цилиндрические неразветвлённые органеллы диаметром около 24нм , толщиной стенки 5нм и в длину несколько микрометров ( располагаются вдоль продольной оси клетки )

  • Построенны из спирально упакованных глобулярных субъединиц белка тубулина

  • Быстро растут и укорачиваются путём добавления или отсоединения субъединиц ( рост ингибируется некоторыми химическими веществами , например колхицином ) ; сборка возможна лишь при наличии матрицы – центра организации микротрубочек ( роль матрицы выполняют центриоли клеточного центра , базальные тельца ресничек и жгутиков , центромеры – кинетохоры в областипервичной перетяжки хромосом ) в присутствии ионов Мg 2+ , АТФ в кислой среде

  • Параллельно расположенные микротрубочки способны скользить относительно друг друга при наличии ферментов , расщепляющих АТФ

Функции микротрубочек

  1. Определяют и поддерживают форму клетки в процессе её дифференцировки ( при повреждении системы микротрубочек все клетки принимают сферическую форму )

  2. Фиксация клеточных органелл и их взаимное расположение в объёме клетки

  3. Координируют взаимодействие компонентов цитоскелета при изменении формы клетки

  4. Перемещение клеточных органелл ( микротрубочкинаправляют их как по рельсам )

  5. Образование веретена деления при митозе и расхождение хромосом к полюсам клетки

  6. Участвуют в образовании и функционировании ресничек и жгутиков ( взаимное скольжение при этом сопровождается изгибанием ) ; движение протист и сперматозоидов

Немембранные органеллы клетки ( реснички, жгутики, клеточный центр, рибосомы )

Опорно – двигательная система клетки

  • Состоит из микрофиламентов , микротрабекулярной системы , микротрубочек , ресничек , жгутиков с базальными тельцами и клеточного центра с центриолями

Реснички и жгутики

  • Поверхностные структуры плазмолеммы ( органеллы ) диаметром около 0, 25 мкм , содержащие в середине пучёк параллельно расположенных микротрубочек , расположенных по системе 9 + 2 ( 9 двойных микротрубочек – дублетов образуют стенку цилиндра , в центре которого находятся две одиночные микротрубочки ) ; жгутики отличаются от ресничек лишь количеством и длиной – немногочисленны и в 10 раз длиннее )

  • Дублеты способны скользить относительно друг друга , что изгибает ресничку или жгутик

  • У основания ресничек и жгутиков в цитоплазме лежит базальное тельце ( центриоля ) , служащее опорой

  • Имеются на поверхности клеток многих типов животных ( отсутствуют у всех клеток высших растений , т. к. они имеют центриолей ) ; у человека на 1см2 эпителия бронхов109ресничек

  • Главная функция этих органелл – передвижение самих клеток или продвижение вдоль клеток окружающей их жидкости и частиц ( движение яйцеклетки по яйцеводу , слизи по эпителию )

  • Тысячи ресничек одной клетки движутся координированно , образуя на поверхности плазмолеммы бегущие волны ( каждая ресничка работает подобно хлысту )

Клеточный центр

Состоит из :



  • Центросферы ( центросомы ) – плотный участок цитоплазмы в районе ядра ( содержит радиально расходящиеся ряды микротрубочек в виде лучистой структуры – лучистая сфера )

  • Центриоли – парные полые взаимноперпендикулярные цилиндры , образующие диплосому

  • Центриоли и центосфера имеются во всех животных клетках , клетках грибов , мхов и клетках низших растений ( настоящих водорослей ) ; не обнаружены в клетках высших растений , у низших грибов и некоторых простейших

  • Каждую центриоль составляют расположенные по окружности девять триплетов микротрубочек по системе , описываемой ( 9 + 0 ) ; между собой триплеты соединяются фибриллами из белка

  • В диплоидной клетке содержится две пары центриолей : одна зрелая , материнская , а другая – незрелая , дочерняя ( копия материнской ) , образующаяся рядом с материнской путём самосборки



  • Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   47


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет