Клетка элементарная живая система

основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции).

Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу

катаболизма (энергического обмена или диссимиляции).

    

1. Значение АТФ в  обмене веществ. 

Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу используется

клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в

форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ

относится к мононуклеотидам  и состоит из азотистого основания  аденина, углевода

рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для

совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются на

биологические синтезы. АТФ является универсальным источником

энергообеспечения клетки. Запас АТФ в клетке ограничен  и пополняется

благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью

при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у

человека продолжительность  жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты).

    

2. Энергетический обмен  в клетке. Синтез  АТФ. 

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования,

т.е. присоединения  неорганического фосфата к АДФ. Энергия для

фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена. Энергетический

обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции  расщепления

органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. В зависимости от

среды обитания диссимиляция может протекать в два или  три этапа.

У большинства  живых организмов – аэробов, живущих  в кислородной среде, - в

ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный,

кислородный. У  анаэробов, обитающих в среде  лишенной кислорода, или у аэробов

при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два  первых этапа с

образованием промежуточных  органических соединений, еще богатых  энергией.

Первый этап –  подготовительный – заключается в ферментативном

расщеплении  сложных  органических соединении на более простые (белков на

аминокислоты; полисахаридов  на моносахариды; нуклеиновых кислот на нуклеотиды).

Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием

гидролитических ферментов лизосом. Высвобождающаяся при этом энергия

рассеивается в  виде теплоты, а образующиеся малые  органические молекулы могут

подвергнутся дальнейшему  расщеплению и использоваться клеткой как «строительный

материал» для  синтеза собственных органических соединений.

Второй этап –  неполное окисление – осуществляется непосредственно в

цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается  и заключается в

дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главным источником энергии в

клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное расщепление глюкозы,

называют гликолизом.

Третий этап –  полное окисление – протекает при обязательном участие

кислорода. В его  результате молекула глюкозы расщепляется до неорганического

диоксида углерода, а высвободившаяся при этом энергия  частично расходуется на

синтез АТФ.

    

3. Пластический обмен. 

Пластический обмен, или ассимиляция, представляют собой  совокупность реакций,

обеспечивающих  синтез сложных органических соединений в клетке. Гетеротрофные

организмы строят собственные органические вещества из органических

компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к

перестройке молекул.

Органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) ----пищеварение--- >

Простые органические молекулы ( аминокислоты, жирные кислоты,

моносахара)-----биологические синтезы----> Макромолекулы тела (белки, жиры,

углеводы)

Автотрофные организмы  способны полностью самостоятельно синтезировать

органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней

среды. В процессе автотрофной ассимиляции реакции  фото- и хемосинтеза,

обеспечивающие образование простых органических соединений, предшествует

биологическим синтезам молекул макромолекул:

Неорганические  вещества (углекислый газ, вода) -----фотосинтез,

хемосинтез---->Простые  органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты,

моносахара)-----биологические синтезы----> Макромолекулы тела (белки, жиры,

углеводы)

    

4. Фотосинтез. 

     Фотосинтез – синтез органических соединении из неорганических, идущий за

счет энергии  клетки. Ведущую роль в процессах  фотосинтеза играют

фотосинтезирующие пигменты, обладающие уникальным свойством  – улавливать свет и

превращать его  энергию в химическую энергию. Фотосинтезирующие  пигменты

представляют собой  довольно многочисленную группу белково-подобных веществ.

Главным и наиболее важным в энергетическом плане является пигмент хлорофилл

а, встречающиеся у всех фототрофов, кроме бактерии-фотосинтетиков.

Фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид у эукариот

или во впячивания цитоплазматической мембраны у прокариот.

В процессе фотосинтеза  кроме моносахаридов (глюкоза и  др.), которые

превращаются в  крахмал и запасаются растением, синтезируются мономеры других

органических соединении – аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким

образом, благодаря  фотосинтезу растительные, а точнее – хлорофиллосодержащие,

клетки обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими

веществами и  кислородом.

    

5. Хемосинтез. 

Хемосинтез также  представляет собой процесс синтеза  органических соединении

из неорганических, но осуществляется он не за счет энергии света, а за счет

химической энергии, получаемой при окислении неорганических веществ (серы,

сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.). Наибольшее значение имеют

нитрифицирующие, железо- и серобактерии.

Высвобождающаяся  в ходе реакций окисления энергия  запасается бактериями в

виде АТФ и используется для синтеза органических соединений.

Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют

в очистке сточных  вод, способствуют накоплению в почве  минеральных веществ,

повышают плодородие почвы.

    

Воспроизведение клеток. 

Все живые организмы  состоят из клеток. Развитие, рост, становление  типичной

структуры организма  осуществляется благодаря одной  или группы исходных клеток.

В процессе жизнедеятельности  часть клеток изнашивается, стареет  и погибает. Для

поддержания структуры  и нормального функционирования организм должен

производить новые  клетки на смену старым. Единственным способом образования

клеток является деление предыдущих. Деление клеток – жизненно важный

процесс для всех организмов.

    

1.Жизненный  (клеточный) цикл. 

Жизнь клетки от момента  её возникновения в результате деления  материнской клетки

до ее собственного деления или смерти называется жизненным (или

клеточным) циклом.

Обязательным компонентом  клеточного цикла является митотический цикл,

включающий подготовку к делению и само деление. В жизненном цикле есть также

периоды покоя, когда клетка только исполняет свой функций и избирает свою

дальнейшую судьбу ( погибнуть либо возвратится в митотический цикл. Подготовка

клетки к делению, или интерфаза, составляет значительную часть

митотического цикла. Она состоит из трех подпериодов: постмитотический,

или пресинтетический  - G1, синтетический – S и

постсинтетический, или премитотический – G2.

Период G1 – самый  вариабельный по продолжительности. Во время его в клетке

активизируются  процессы биологического синтеза, в  первую очередь структурных

и функциональных белков. Клетка растет и готовится  к следующему периоду.

Период S – главный  в митотическом цикле. В делящихся  клетках млекопитающих он

длится около 6 – 10 ч. В это время клетка продолжает синтезировать РНК,

белки, но самое важное осуществляет синтез ДНК. Редупликация ДНК происходит

асинхронно. Но к  концу S – периода вся ядерная  ДНК удваивается, каждая

хромосома становится двунитчатой, то есть состоит из двух хроматид –

идентичных молекул  ДНК.

Период G2 относительно короток, в клетках млекопитатающих он составляет около

2 – 5 ч. В это  время количество центриолей, митохондрей и пластид

удваивается, идут активные метаболические процессы, накапливаются  белки и

энергия для предстоящего деления. Клетка приступает к делению.

    

2. Деление клетки. 

Описано три способа  деления эукариотических клеток: амитоз (прямое

деление), митоз (непрямое деление) и мейоз (редукционное

деление).

    

Амитоз. 

Амитоз – относительно редкий и малоизученный способ деления  клетки. Описан он

для стареющих  и патологически измененных клеток. При амитозе интерфазное ядро

делится путем  перетяжки, равномерное распределение  наследственного материала

не обеспечивается. Нередко ядро делится без последующего разделения

цитоплазмы и  образуются двухъядерные клетки. Клетка, претерпевшая амитоз, в

дальнейшим не способна вступать в нормальный митотический цикл. Поэтому

амитоз встречается, как правило, в клетках и тканях, обреченных на гибель,

например, в клетках  зародышевых оболочек млекопитающих, в клетках опухолей.

    

Митоз.

 

Митоз (от греч. mitos - нить), кариокинез, непрямое деление клетки, наиболее

распространённый  способ воспроизведения (репродукции) клеток, обеспечивающий

тождественное распределение  генетического материала между  дочерними клетками