Биология клетки

     Белки. Белки представляют собой самый многочисленный и наиболее разнообразный класс органических соединений клетки. Белки составляют 10-18% от общей массы клетки. Это высокомолекулярные полипептиды с молекулярной массой от 6000 до 1 млн. Д и выше. Все белки построены из 100 и более различных аминокислот.

     Среди белков организма выделяют простые  белки, состоящие только из аминокислот, и сложные, включающие помимо аминокислот так называемые простатические группы различной химической природы. Липопротеиды имеют в своем составе липидный компонент, гликопротеиды – углеводный. В состав фосфопротеинов входят одна или несколько фосфатных групп. Металлопротеины содержат различные металлы; нуклеопротеиды – нуклеиновые кислоты. 

     Общая белков формула выглядит так: 

     NH₂-CHR-COOH       ,где –NH₂-аминогруппа, -COOH-карбоксильная                    

     группа, R-радикал.

     Последовательность  аминокислот в полипептидной цепи принято называть первичной структурой белка, и определяется последовательностью нуклеотидов в участке цепи ДНК, кодирующем данный белок. Цепочка аминокислот, закрученных в виде спирали в результате образования водородных связей, образует вторичную структуру белка. Третичная структура формируется благодаря взаимодействию радикалов аминокислот цистеина, которые содержат серу. Она имеет вид клубка, или глобулы. Некоторые белки имеют четвертичную структуру, которая представляет сложный комплекс, объединяющий несколько третичных структур, удерживающихся нековалентными связями: ионными, водородными, гидрофобными (гемоглобин – комплекс из четырех связанных между собой молекул).

       Белки выполняют 9 основных функций: строительная, каталитическая, двигательная (актин), транспортная (гемоглобин), защитная (фибриноген), энергетическая, токсины, структурная (коллаген), гормональная (инсулин, адреналин).

     Углеводы. Углеводы или сахариды – органические вещества с общей формулой C_n(H₂O)_m. У большинства углеводов число атомов водорода в два раза больше количества атомов азота. В животных клетках углеводов немного – 1-2, иногда до 5% (клетках печени). Богаты углеводами растительные белки, где их содержание достигает 90% сухой массы.

     Углеводы  подразделяют на простые и сложные. Простые углеводы называют моносахаридами (глюкоза, мальтоза). Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, то такое соединение называется дисахаридом (молочный сахар состоит из глюкозы и галактозы). Сложные углеводы, образованные многими моносахаридами, называются полисахаридами (крахмал, гликоген).

     Некоторые углеводы способны образовывать комплексы  с липидами и белками, формируя сложные  углеводы типа гликолипидов и гликопротеинов. Большинство мембранных и секретируемых  клеткой белков относится к гликопротеинам.

     Биологическое значение углеводов состоит в  том, что они являются мощным и  богатым источником энергии, необходимой  клетке для осуществления различных  форм активности.

     Углеводы  выполняют 2 функции в организме: строительную и энергетическую.

     Липиды. Жиры представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта – глицерина.

     Общая формула жиров:

           O

     CH2-O-C-R1

           O

     CH-O-C-R2

           O

     CH2-O-C-R3

     ,где  R- радикалы различных кислот.

     Жиры  не растворимы в воде – они гидрофобные. Они обнаруживаются во всех без исключения клетках и разделены на несколько классов. Наиболее распространенными в составе живой природы являются нейтральные жиры или триацилглицерины, воска, фосфолипиды, стиролы. В клетках есть и другие сложные гидрофобные жироподобные соединения, называемые липоидами, например холестерин. Содержание жиров колеблется от 5 до 15% от массы сухого вещества. В клетках жировой ткани количество жира достигает 90%.

     Жиры  являются основной формой запасания  липидов в клетке.

     К числу важнейших относится строительная функция липидов и липоидов. Важную роль играют жиры как источники энергии. Благодаря плохой теплопроводности жир способен выполнять функцию  теплоизоляции. Этим веществам свойственна и функция регуляции обменных процессов.

     Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты – это природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Нуклеиновые кислоты составляют 1-5% сухой массы клетки и представлены моно- и полинуклеотидами. Мононуклеотид состоит из одного пуринового (аденин – А, гуанин – Г) или пиримидинового (цитозин – Ц, тимин – Т, урацил – У) азотистого основания, пятиуглеродного сахара (рибоза или дезоксирибоза) и 1-3 остатков ортофосфорной кислоты.

     РНК и ДНК – это линейные полимеры, содержащие от 70 – 80 до 10⁹ мононуклеотидов, которые соединяются ковалентными фосфодиэфирными связями, возникающими между гидроксильной группой пентозы одного нуклеотида и фосфатной группой следующего нуклеотида. 
 

     (4, 5) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Сравнительная характеристика ДНК и РНК. 
 

 
 
 
 

(3) 
 
 
 
 

Сравнительная характеристика видов РНК. 
 

 
 
 
 
 

(3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Строение  и функции. 

Клеточное ядро.

 

       Каждая клетка содержит небольшую, обычно шаровидную или овальную органеллу, называемую ядром. В одних клетках ядро занимает относительно постоянное положение и располагается примерно в центре ядра;  в других оно свободно перемещается и может оказаться в любом участке. Ядро играет важную роль в регулировании протекающих в клетке процессов; оно содержит наследственные факторы или гены, определяющие признаки данной клетки или всего организма, и прямо или косвенно регулирует многие стороны клеточной активности. Ядро отделено от окружающей цитоплазмы ядерной мембраной, состоящей из двух элементарных мембран; ядерная мембрана регулирует передвижение веществ из ядра в цитоплазму и обратно.

     В кариоплазме – полужидком основном веществе ядра – взвешено строго определенное количество вытянутых нитевидных образований, называемых хромосомами; они состоят из ДНК и белка и содержат единицы наследственности – гены.

     В ядре имеется сферическое тельце, называемое ядрышком. В большинстве  клеток ядрышко чрезвычайно изменчиво: оно меняет свою форму и структуру, появляется и исчезает. Ядро может  содержать и несколько ядрышек, но обычно клетки каждого вида животных или растений содержат определенное число ядрышек. Ядрышки исчезают, когда клетка готовиться к делению, а затем появляются вновь.

     (2)

Цитоплазма. Органоиды и включения.

 

     Материал, находящийся внутри плазматической мембраны, но вне ядра, называется цитоплазмой (гиалоплазмой).  Гиалоплазма (матрикс) – это водный раствор неорганических и органических  веществ, способных изменять  свою вязкость и находящийся в постоянном движении. Способность к движению, или течению цитоплазмы, называется циклозом. В процессе циклоза происходит перемещение находящихся в цитоплазме веществ и структур. Матрикс – это активная среда, в которой протекают многие химические  и  физиологические процессы и которая объединяет все компоненты клетки в единую систему.

     Цитоплазматические  структуры представлены включениями и органоидами. Включения – относительно непостоянные, встречающиеся в клетках некоторых типов в определенные моменты жизнедеятельности, например в качестве запаса питательных веществ (зерна крахмала, белков, капли гликогена) ил продуктов, подлежащих выведению из клетки (гранулы секрета). Органоиды – постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющие специфическую структуру и выполняющие жизхненно важные функции. Мембранные органоиды делят на одномембранные (органеллы вакуолярной системы) – ЭПС, АГ, лизосомы, пероксисомы, вакуоли; и двумембранные – митохондрии, пластиды, клеточное ядро. Немембранные – рибосомы, микротрубочки, клеточный центр, центриоли, реснички, жгутики.

     ЭПС был открыт в 1945г. К.Р. Портером. ЭПС – это система ветвящихся каналов, цистерн (вакуолей), пузырьков; стенки образованы эндоплазматической мембраной. В клетке есть 2 типа ЭПС: гранулярная (шероховатая), агранулярная (гладкая). Гранулярная ЭПС густо усеяна рибосомами. В ЭПС белки накапливаются и перемещаются в другие части клетки. Гладкая ЭПС связана с обменом липидов и некоторыми внутриклеточными полисахарами; она хорошо развита в клетке.

     Функции ЭПС: 1. участие в синтезе белков, липидов, некоторых углеводов за счет размещения рибосом и ферментов, 2. транспорт синтезирующих  веществ в АГ, 3. деление клетки на отсеки, 4. в клетках ЭПС участвует в процессах обезвреживания ядовитых веществ, 5. гладкая ЭПС в мышцах в мышцах играет роль «депо» для ионов Ka необходимого для мышечного сокращения.

     Аппарат Гольджи был открыт в 1898г. К. Гольджи. АГ представляет собой стопку уплощенных мембран, мешочков, диктеосом. В растительной клетке обнаружено несколько диктеосом. На одном конце стопки образуются постоянно новые мешочки, путем слияния мембран, пузырьков, отростков от ЭПС. Это наружная сторона АГ выпуклая, а противоположная, где мешочки вновь распадаются на пузырьки – внутри имеют вогнутую форму.

     Функции АГ: 1. по каналам ЭПС в АГ доставляются синтезирующие вещества, здесь они  частично перестраиваются, уплотняются и упаковываются в мембранные пузырьки, 2. АГ формирует лизосомы, 3. АГ участвует в образовании белков, мочевой кислоты, желчи в печени, зубной эмали.

       Лизосомы были открыты в 1949г. Дювом. Это мелкие пузырьки, содержащие растительные ферменты. Эти ферменты должны быть изолированы от всех остальных компонентов клетки и структур, иначе они их разрушают. Ферменты лизосом синтезируются на гранулах ЭПС и транспортируются в АГ. Затем от него отпочковываются пузырьки, содержащие ферменты.

     Среди лизосом часто выделяют типы: 1. мелкие, мембранные пузырьки, содержащие ферменты, 2. это первичные лизосомы сливаются с фагоцитами и пиноцитными вакуолями; вещества в них расщепляются при помощи ферментов до мономеров, а затем включаются в обмен веществ и синтезирующие процессы проходят в хлоропластах, 3. остаточные тельца – одного в роде клетки; в лизосомы превращаются благодаря макроэлементам, 4. аутолиз – по своей морфологии их относят к вторичным лизосомам.

     Функции лизосом: 1. обеспечивают внутреннее пищеварение, 2. обеспечивают разрушения ненужных структур клетки, 3. выделение ферментов из клетки наружу.