КЛЕТКИ



Клетки (cellula) / Введение



Наименьшими функциональными единицами, из которых построено тело человека, является клетка. Их деятельность контролируется нервной системой и гуморальными факторами. Они живут своей собственной жизнью, имеют свой метаболизм и обмен энергии.
Клетки, из которых состоит тело человека, работают в тесном сотрудничестве. Они специализированы для выполнения каждой своей работы, и это проявляется в различии их форм и размеров.
Клетка состоит из цитоплазмы и ядра. Вместе они образуют биологическую единицу. Безъядерные клетки, например красные кровяные тельца, живут непродолжительное время, Клетки без ядер не могут выжить.
Цитоплазма клетки (cytoplasm) состоит из клеточной жидкости, и органелл. Цитоплазма отделена от внешней среды клеточной мембраной. Ядро состоит в основном из хромосом, которые несут наследственный материал. Анализ их химического состава выявил в них наличие дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Основная роль хромосом заключается в передаче наследственной информации последующим поколениям. Они также образуют метаболитический центр клетки.
Цитоплазма и ядро воздействуют друг на друга. Это отображается в величине ядерного отношения. Если это отношение нарушается, клетка погибает. Размеры клеток могут быть разными, в зависимости от исполняемой ими функции. Но в среднем их размер составляет 5-200 мкм.
Во время прохождения метаболизма клетка поглощает из окружающей среды различные вещества, затем их перерабатывает и выделяет продукты обмена. Чтобы это происходило, клетка должна иметь возможность дышать, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Если поглощенные вещества используются для построения клеточных структур, то такой тип метаболизма называется анаболизмом.
Если же эти вещества используются клеткой для получения энергии, необходимой для ее жизнедеятельности, тогда такой процесс называется катаболизмом.
Примером катаболизма может быть продукция железами секрета. Клетки размножаются путем клеточного деления. Клетка делится образованием перетяжки посредине.
Деление может быть прямым - (амитоз) или непрямым - (митоз). Амитоз встречается редко, причем сперва делится ядро.
Яйцеклетка и сперматозоиды подвергаются специальному типу клеточного деления, называемому мейозом. При таком делении каждый сперматозоид и яйцеклетка получают половину хромосомного набора материнской клетки.

Диффузия/ осмос

Цитоплазма , которая находится в клетках организма, состоит одной своей частью из воды, а другой - из растворенных в ней веществ.
Эта субстанция известна как внутриклеточная жидкость. Мембрана клетки, которая окружает цитоплазму, отделяет внутриклеточную жидкость от тканевой, или внеклеточной жидкости, которая окружает клетку.
Обе эти жидкости содержат большое количество питательных веществ в виде молекул. Если количество молекул в одной из жидкостей увеличивается или понижается ниже нормального уровня, происходит обмен веществ между этими жидкостями, называемый диффузией.
Молекулы продолжают диффундировать между жидкостями до тех пор, пока не восстановятся их нормальные концентрации.
Если этот процесс происходит через мембрану, которая позволяет проходить сквозь себя лишь жидкости, но не питательным веществам (полупроницаемая мембрана), тогда этот процесс называется осмосом .
Жидкость диффундирует через мембрану оттуда, где концентрация веществ ниже. Это происходит до тех пор, пока концентрация молекул не возвратится к своему нормальному уровню.
Осмотическим давлением раствора называют гидростатическое давление, которое необходимо приложить, чтобы предотвратить осмотическое поступление воды в раствор..

Метаболизм

Во время метаболических процессов клетка (cellula) получает из крови питательные вещества, которые образовались во время пищеварительных процессов. Питательные вещества внутри клетки расщепляются на простые вещества, и те из них, которые больше клетке не нужны, выводятся из нее как отходы. Для того, чтобы эти процессы происходили, клетка должна дышать, поглощая кислород и выделяя углекислоту. Различают два вида обмена веществ анаболизм и катаболизм.
С помощью так называемого везикулярного транспорта питательные вещества попадают вовнутрь клетки. Тем же способом из клетки выводятся вещества, которые ей больше не нужны. Питательные вещества окружаются мембраной, образованные таким образом пузырьки проникают в клетку (endocytosis) или выводятся из нее (exocytosis). Процесс захвата больших частичек называется фагоцитозом.
В процессе анаболизма, вещества, которые таким образом попали в клетку, превращаются в соединения, необходимые для построения клеточных структур. В процессе катаболизма, питательные вещества разлагаются на углекислый газ и воду, в результате чего клетка получает энергию, необходимую для построения клеточных структур.

Структура ДНК

Каждая хромосома, которая находится в ядре клетки, состоит из двух частей, соединенных перемычкой.
Обе эти части содержат хроматин, который сильно уплотняется перед делением клетки, образуя спиралеобразные нити, называемые хроматидами. Последние содержат молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК, которая является носителем наследственной информации (геном).
По своей структуре ДНК напоминает закрученные ступеньки, и поэтому ее определяют как двойную закрученную спираль. Она состоит из двух очень тонких нитей, которые соединены перемычками. Структурными единицами этой спирали являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: сахара, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания (аденина, тимина, цитозина или гуанина).
Два основания, аденин - тимин и цитозин - гуанин, соединяясь между собой с помощью водородной связи, образуют ступеньки спиральной лестницы.
Остатки фосфорной кислоты образуют перила лестницы, а молекулы сахара являются связующими звеньями одной цепи молекулы ДНК. Молекула ДНК состоит из отдельных фрагментов, называемых генами.

Репликация ДНК

Незадолго перед тем, как клетка (cellula) делится путем митоза, , ее ДНК удваивается (реплицируется). Пары оснований, которые образовывают перекладины между двумя нитями ДНК, которая реплицируется, теряют между собой связь в месте соединения водородной связью. В результате чего образовывается две отдельные нити ДНК. Азотистые основания, которые расположены на двух частях спирали, снова соединяются между собой (аденин с тимином, а гуанин с цитозином)и образуют единую спираль. Итак, две новых нити сформированы, и они присоединяются к соответствующим нитям, которые уже существовали.

Митоз

Деление соматических клеток называется митозом. Одна клетка делится, и из нее образуется две новые, генетически идентичные клетки. Ядро клетки содержит диплоидный набор хромосом, который состоит из 22 пар соматических хромосом и 2 половых хромосом. Этот набор удваивается перед клеточным делением. При этом становится видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Различают три фазы митоза:
профаза
метафаза
анафаза
телофаза
В профазе мембрана, которая окружает видимое теперь ядро, растворяется. Хромосомы, которые уже удвоились к этой стадии, и теперь состоят из двух хроматид, соединенных перемычкой, начинают двигаться все вместе по направлению к центру клетки и стают видимыми. Две центриоли расходятся к противоположным полюсам клетки, располагаясь друг против друга. Они образуют тонкие микротрубочки, называемые веретеном деления.
Вначале следующей фазы, метафазы, хроматиды становятся видимыми и располагаются в центре клетки (экватор веретена) в форме звезды. Во время анафазы две противоположные хроматиды отделяются одна от другой, образуя две идентичные хромосомы. Веретено деления оттягивает дочерние хромосомы к противоположным полюсам клетки.
В последней фазе, телофазе, хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, и их уже нельзя четко различить. Вокруг хромосом на каждом из полюсов образуется ядерная оболочка. Цитоплазма материнской клетки делится пополам, в результате чего образуется две клетки, каждая из которых имеет 23 пары хромосом.
Таким образом, митоз служит для увеличения числа клеток и возмещения умерших клеток. В отличие от нервных клеток и половых клеток, все другие клетки организма обновляются путем митоза. Деление половых клеток происходит специфическим образом. Этот процесс называется мейозом.

Цитоплазма (cytoplasm)

Цитоплазма клетки состоит из жидкости, которая содержит 60% воды (cytoplasma) Цитоплазма клетки окружена тонкой перегородкой - клеточной мембраной (membrana cellularis).
Через клеточную мембрану вещества могут проникать в клетку (cellula) , или быть выведены из нее в окружающую среду.
Цитоплазма содержит не только основную плазму (гиалоплазму), но также множество микроскопических органелл, различных по строению и функции.
Митохондрии (mitochondrium) обеспечивают клетку энергией, что позволяет называть их энергетическими станциями клетки.
Питательные вещества, которые поступают в клетку, такие как глюкоза и жир, сгорают внутри митохондрий в присутствии кислорода.
Энергия, которая при этом выделяется, запасается в виде АТФ (аденозинтрифосфата) и используется клеткой во время работы для проведения метаболитических процессов или сокращения мышц.
Эндоплазматическая сетка (reticulum endoplasmaticum) является системой уплощенных мембран, которые пронизывают цитоплазму. Он исполняет функцию транспорта веществ.
Небольшие образования, называемые рибосомами (ribosoma) , могут быть обнаружены на поверхности этой сетки или в свободном состоянии в цитоплазме.
С помощью вещества, называемого РНК (рибонуклеиновая кислота), которая содержится в рибосомах,происходит синтез белка. Оттуда он транспортируется заключенным в небольшие мешочки (пузырьки) , которые образованы мембраной эндоплазматической сетки.
Еще одной системой каналов является аппарат Гольджи (complexus golgiensis). Он служит для поглощения и выделения веществ, и разделен на поглощающую и выделяющую часть.
Белки, синтезированные на рибосомах, попадают в аппарат Гольджи с одной стороны, а затем покидают клетку с противоположной.
Аппарат Гольджи также занимается тем, что дополнительно обезвреживает опасные для клетки вещества.
Цитоплазма также содержит пузырьки, называемые лизосомами (lyosoma), которые образуются из эндоплазматической сетки и аппарата Гольджи. С помощью ферментов они переваривают чужеродные тела и органеллы, которые уже не работают.
Центриоли (centriolum), которых, как правило, парное количество, играют важную роль при делении клетки (divisio cellularis).
В зависимости от типа клетки, цитоплазма может также содержать метаплазму и параплазму.
Метаплазма содержит большое количество фибрилл. Есть три различных вида фибрилл, которые обнаружены в клетках: миофибриллы, которые находятся в мышечных клетках, нейрофибриллы - в нервных клетках и тонофибриллы - в соединительной ткани.
Параплазма содержит продукты метаболизма, такие как жиры, углеводы и соединения, которые являются или резервными, или подлежат удалению из клетки. Термин параплазма используется для обозначения живых, активных клеток.

Тема Клеточная теория. Клеточные структуры: цитоплазма, плазматическая мембрана, ЭДС, рибосомы, комплекс Гольджи, лизосомы

Клетка – элементарная единица живой системы. Специфические функции в клетке распределены между органоидами – внутриклеточными структурами. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством в своих главных структурных особенностях.

Клеточная теория

Началом изучения клетки можно считать 1665 год, когда английский учёный Роберт Гук впервые увидел в микроскоп на тонком срезе пробки мелкие ячейки; он назвал их клетками.

По мере усовершенствования микроскопов появлялись все новые сведения о клеточном строении растительных и животных организмов.

С приходом в науку о клетке физических и химических методов исследования было выявлено удивительное единство в строении клеток разных организмов, доказана неразрывная связь между их структурой и функцией.

Основные положения клеточной теории

  1. Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов.

  2. Клетки всех одно- и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ.

  3. Размножаются клетки путём деления.

  4. В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым функциям и образуют ткани.

  5. Из тканей состоят органы.

В качестве подтверждения некоторых из приведенных выше положений клеточной теории назовем общие черты, характерные для животной и растительной клеток.

Общие признаки растительной и животной клетки

  1. Единство структурных систем – цитоплазмы и ядра.

  2. Сходство процессов обмена веществ и энергии.

  3. Единство принципа наследственного кода.

  4. Универсальное мембранное строение.

  5. Единство химического состава.

  6. Сходство процесса деления клеток.

Таблица Отличительные признаки растительной и животной клетки

Признаки

Растительная клетка

Животная клетка

Пластиды

Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты

Отсутствует

Способ питания

Автотрофный (фототрофный, хемотрофный).

Гетеротрофный (сапротрофный, хемотрофный).

Синтез АТФ

В хлоропластах, митохондриях.

В митохондриях.

Расщепление АТФ

В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии.

В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии.

Клеточный центр

У низших растений.

Во всех клетках.

Целлюлозная клеточная стенка

Расположена снаружи от клеточной мембраны.

Отсутствует.

Включение

Запасные питательные вещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла; в вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей.

Запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; пигменты.

Вакуоли

Крупные полости, заполненные клеточным соком – водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами. Осмотические резервуары клетки.

Сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли. Обычно мелкие.

Значение теории: она доказывает единство происхождения всех живых организмов на Земле.

Клеточные структуры

Рисунок Схема строения животной и растительной клеток

Таблица Клеточные органеллы, их строение и функции

Органеллы

Строение

Функции

Цитоплазма

Находится между плазматической мембраной и ядром, включает различные органоиды. Пространство между органоидами заполнено цитозолем – вязким водным раствором разных солей и органических веществ, пронизанным системой белковых нитей – цитоскелетом.

Большинство химических и физиологических процессов клетки проходит в цитоплазме. Цитоплазма объединяет все клеточные структуры в единую систему, обеспечивает взаимосвязь по обмену веществами и энергией между органоидами клетки.

Наружная клеточная мембрана

Ультрамикроскопическая пленка, состоящая из двух мономолекулярных слоев белка и расположенного между ними бимолекулярного слоя липидов. Цельность липидного слоя может прерываться белковыми молекулами- "порами".

Изолирует клетку от окружающей среды, обладает избирательной проницаемостью, регулирует процесс поступления веществ в клетку; обеспечивает обмен веществ и энергии с внешней средой, способствует соединению клеток в ткани, участвует в пиноцитозе и фагоцитозе; регулирует водный баланс клетки и выводит из нее конечные продукты жизнедеятельности.

Эндоплазматическая сеть (ЭС)

Ультрамикроскопическая система мембран образующих трубочки, канальцы, цистерны, пузырьки. Строение мембран универсальное (как и наружной), вся сеть объединена в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Гранулярная ЭС несет рибосомы, гладкая лишена их.

Обеспечивает транспорт веществ, как в нутрии клетки, так и между соседними клетками. Делит клетку на отдельные секции, в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции. Гранулярная ЭС участвует в синтезе белка. В каналах ЭС образуются сложные молекулы белка, синтезируются жиры, транспортируются АТФ.

Рибосомы

Мелкие сферические органоиды, состоящие из рРНК и белка.

На рибосомах синтезируются белки.

Аппарат Гольджи

Микроскопические одномембранные органеллы, состоящие из стопочки плоских цистерн, по краям которых ответвляются трубочки, отделяющие мелкие пузырьки.

В общей системе мембран любых клеток – наиболее подвижная и изменяющаяся органелла. В цистернах накапливаются продукты синтеза распада и вещества, поступившие в клетку, а также вещества, которые выводятся из клетки. Упакованные в пузырьки, они поступают в цитоплазму: одни используются, а другие выводятся наружу.

Лизосомы

Микроскопические одномембранные органеллы округлой формы. Их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния. В лизосомах находятся лизирующие (растворяющие) ферменты, синтезированные на рибосомах.

Переваривание пищи, попавшей в животную клетку при фагоцитозе и пиноцитозе. Защитная функция. В клетках любых организмов осуществляют автолиз (саморастворение органелл) особенно в условиях пищевого или кислородного голодания у животных рассасывается хвост. У растений растворяются органеллы при образовании пробковой ткани сосудов древесины.

Выводы по лекции

  1. Важным достижением биологической науки является формирование представлений о строении и жизнедеятельности клетки как структурной и функциональной единице организма.

  2. Наука, изучающая живую клетку во всех ее проявлениях, называется цитологией.

  3. Первые этапы развития цитологии, как области научного знания, были связаны с трудами Р. Гука, А. Левенгука, Т. Шванна, М. Шлейдена, Р. Вирхова, К.Бэра. Итогом их деятельности явилось формулирование и развитие основных положений клеточной теории.

  4. В процессах жизнедеятельности клетки принимают непосредственное участие разнообразные клеточные структуры.

  5. Цитоплазма обеспечивает деятельность всех клеточных структур как единой системы.

  6. Цитоплазматическая мембрана обеспечивает пропускную избирательность веществ в клетке и защищает ее от внешней среды.

  7. ЭС обеспечивает транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками.

  8. В цистернах Аппарата Гольджи накапливаются продукты синтеза и распада веществ, поступившие в клетку, а также вещества, которые выводятся из клетки.

  9. В лизосомах происходит расщепление веществ, попавших в клетку.

Вопросы для самоконтроля

  1. Используя знания о клеточной теории, докажите единство происхождения жизни на Земле.

  2. В чем сходство и различие в строении растительной и животной клеток?

  3. Как связано строение клеточной мембраны с ее функциями?

  4. Как происходит активное поглощение веществ клеткой?

  5. Какова связь между рибосомами и ЭС?

  6. Каковы строение и функции лизосом в клетке?

Клеточные структуры: митохондрии, пластиды, органоиды движения, включения. Ядро

Таблица Клеточные органеллы, их строение и функции

Органеллы

Строение

Функции

Митохондрии

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты – кристы. В матриксе митохондрии (полужидком веществе) находятся ферменты, рибосомы, ДНК, РНК.

Универсальная органелла является дыхательным и энергетическим центром. В процессе кислородного (окислительного) этапа в матриксе с помощью ферментов происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез АТФ на (кристах).

Лейкопласты

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внутренняя мембрана образует 2–3 выроста. Форма – округлая. Бесцветны.

Характерны для растительных клеток. Служат местом отложения запасных питательных веществ, главным образом крахмальных зерен. На свету их строение усложняется, и они преобразуются в хлоропласты. Образуются из пропластид.

Хлоропласты

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Наружная мембрана гладкая. Внутренняя мембрана образует систему двухслойных пластин – тилакоидов стромы и тилакоидов гран. В мембранах тилакоидов гран между слоями молекул белков и липидов сосредоточены пигменты – хлорофилл и каротиноиды. В белково-липидном матриксе находятся собственные рибосомы, ДНК, РНК.

Характерны для растительных клеток органеллы фотосинтеза, способные создавать из неорганических веществ (CO2 и H3O) при наличии световой энергии и пигмента хлорофилла органические вещества – углеводы и свободный кислород. Синтез собственных белков. Могут образовываться из пластид или лейкопластов, а осенью перейти в хлоропласты (красные и оранжевые плоды, красные и желтые листья).

Хромопласты

Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Собственно хромопласты имеют шаровидную форму, а образовавшиеся из хлоропластов, принимают форму кристаллов каратинондов, типичную для данного вида растения. Окраска красная, оранжевая, желтая.

Характерны для растительных клеток. Придают лепесткам цветков окраску, привлекательную для насекомых-опылителей. В осенних листьях и зрелых плодах отделяющихся от растений, содержатся кристаллические каротиноиды ?– конечные продукты обмена.

Клеточный центр

Ультрамикроскопическая органелла немембранного строения. Состоит из двух центриолей. Каждая имеет цилиндрическую форму, стенки образованы девятью триплетами трубочек, а в середине находится однородное вещество. Центриоли расположены перпендикулярно друг другу.

Принимает участие в делении клеток животных и низших растений. В начале деления (в профазе) центриоли расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей к центромерам хромосом отходят нити веретена деления. В анафазе эти нити притягивают хроматиды к полюсам. После окончания деления центриоли остаются в дочерних клетках. Удваиваются и образуют клеточный центр.

Клеточные включения (непостоянные структуры)

Плотные в виде гранул включения, имеющие мембрану (например, вакуоли).

Содержат запасные питательные вещества.

Органоиды движения

Реснички – многочисленные цитоплазмические выросты на поверхности мембраны.

Удаление частичек пыли (реснитчатые эпителии верхних дыхательных путей), передвижение (одноклеточные организмы).

Жгутики – единичные цитоплазматические выросты на поверхности клетки.

Передвижение (сперматозоиды, зооспоры, одноклеточные организмы).

Ложные ножки (псевдоподии) – амебовидные выступы цитоплазмы.

Образуются у животных в разных местах цитоплазмы для захвата пищи, для передвижения.

Миофибриллы – тонкие нити до 1 см. длиной и больше.

Служат для сокращения мышечных волокон, вдоль которых они расположены.

Цитоплазма, осуществляющая струйчатое и круговое движение.

Перемещение органелл клетки по отношению к источнику света (при фотосинтезе), тепла, химического раздражителя.

Рисунок Схема состав и функции клеточных включений

Фагоцитоз – захват плазматической мембраной твёрдых частиц и втягивание их внутрь.

Плазматическая мембрана образует впячивание в виде тонкого канальца, в который попадает жидкость с растворёнными в ней веществами. Этот способ называют пиноценозом.

Ядро

Все организмы, имеющие клеточное строение без оформленного ядра называются прокариотами. Все организмы, имеющие клеточное строение с ядром называются эукариотами.

Таблица Ядерные структуры, их строение и функции

Структуры

Строение

Функции

Ядерная оболочка

Двухслойная пористая. Наружная мембрана переходит в мембраны ЭС. Свойственна всем клеткам животных и растений, кроме бактерий и сине-зеленых, которые не имеют ядра.

Отделяет ядро от цитоплазмы. Регулирует транспорт веществ из ядра в цитоплазму (РНК и субъединицы рибосом) и из цитоплазмы в ядро (белки, жир, углеводы, АТФ, вода, ионы).

Хромосомы (хроматин)

В интерфазной клетке хроматин имеет вид мелкозернистых нитевидных структур, состоящих из молекул ДНК и белковой обкладки. В делящихся клетках хроматиновые структуры спирализуются и образуют хромосомы. Хромосома состоит из двух хроматид, и после деления ядра становится однохроматидной. К началу следующего деления у каждой хромосомы достраивается вторая хроматида. Хромосомы имеют первичную перетяжку, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины. У ядрышковых хромосом есть вторичная перетяжка.

Хроматиновые структуры – носители ДНК. ДНК состоит из участков – генов, несущих наследственную информацию и передающихся от предков к потомкам через половые клетки. Совокупность хромосом, а, следовательно, и генов половых клеток родителей передается детям, что обеспечивает устойчивость признаков, характерных для данной популяции, вида. В хромосомах синтезируется ДНК, РНК, что служит необходимым фактором передачи наследственной информации при делении клеток и построении молекул белка.

Ядрышко

Шаровидное тело, напоминающее клубок нити. Состоит из белка и РНК. Образуется на вторичной перетяжке ядрышковой хромосомы. При делении клеток распадается.

Формирование половинок рибосом из рРНК и белка. Половинки (субъединицы) рибосом через поры в ядерной оболочке выходят в цитоплазму и объединяются в рибосомы.

Ядерный сок (кариолимфа)

Полужидкое вещество, представляющее коллоидный раствор белков, нуклеиновых кислот, углеводов, минеральных солей. Реакция кислая.

Участвует в транспорте веществ и ядерных структур, заполняет пространство между ядерными структурами; во время деления клеток смешивается с цитоплазмой.

Рисунок Схема строения ядра клетки

Функции ядра клетки:

  • регуляция процессов обмена веществ в клетке;

  • хранение наследственной информации и ее воспроизводство;

  • синтез РНК;

  • сборка рибосом.

Выводы по лекции

  1. В митохондриях происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез АТФ.

  2. Важную роль играют пластиды в обеспечении процессов жизнедеятельности растительной клетки.

  3. К органоидам движения относят клеточные структуры: реснички, жгутики, миофибриллы.

  4. Все клеточные организмы делятся на прокариоты (безъядерные) и эукариоты (с ядром).

  5. Ядро представляет собой структурный и функциональный центр, координирующий ее обмен веществ, руководящий процессами самовоспроизведения и хранения наследственной информации.

Вопросы для самоконтроля

  1. Почему митохондрии образно называют "силовыми станциями" клетки?

  2. Какие структуры клетки способствуют ее движению?

  3. Что относится к клеточным включениям? Какова их роль?

  4. Каковы функции ядра в клетке?

Органические вещества в составе клетки (углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, АТФ, витамины и др.)

Биологические полимеры – органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов. Полимер – многозвенная цепь простых веществ – мономеров (n ÷ 10тыч. – 100тыс. моном.)

Пример

Свойства биополимеров зависят от строения их молекул, от числа и разнообразия мономерных звеньев.

Если мономеры разные, то повторяющиеся чередования их в цепи создают регулярный полимер.

Пример

…А – А – В – А – А – В… регулярный

…А – А – В – В – А – В – А… нерегулярный

Углеводы

Общая формула Сn(H2O)m

Углеводы в организме человека играют роль энергетических веществ. Самые важные из них – сахароза, глюкоза, фруктоза, а также крахмал. Они быстро усваиваются ("сгорают") в организме. Исключение составляет клетчатка (целлюлоза), которой особенно много в растительной пище. Она практически не усваивается организмом, но имеет большое значение: выступает в роли балласта и помогает пищеварению, механически очищая слизистые оболочки желудка и кишечника. Углеводов много в картофеле и овощах, крупах, макаронных изделиях, фруктах и хлебе.

Пример

Глюкоза, рибоза, фруктоза, дезоксирибоза - моносахариды

Сахароза - дисахариды

Крахмал, гликоген, целлюлоза - полисахариды

Нахождение в природе: в растениях, фруктах, в цветочной пыльце, овощах (чеснок, свекла), картофеле, рисе, кукурузе, зерне пшеницы, древесине…

Их функции:

  • энергетическая: при окислении до СО2 и Н2О высвобождается энергия; избыток энергии запасается в клетках печени и мышц в виде гликогена;

  • строительная: в растительной клетке – прочная основа клеточных стенок (целлюлоза);

  • структурная: входят в состав межклеточного вещества кожи сухожилий хрящей;

  • узнавание клетками др.: в составе клеточных мембран, если разделённые клетки печени смешать с клетками почек, то они самостоятельно разойдутся на две группы благодаря взаимодействию однотипных клеток.

Липиды (липоиды, жиры)

К липидам относятся разнообразные жиры, жироподобные вещества, фосфорлипиды… Все они нерастворимы в воде, но растворимы в хлороформе, эфире…

Нахождение в природе: в клетках животных и человека в клеточной мембране; между клетками – подкожный слой жира.

Функции:

  • теплоизоляционная (у китов, ластоногих …);

  • запасное питательное вещество;

  • энергетическая: при гидролизе жиров выделяется энергия;

  • структурная: некоторые липиды служат составной частью клеточных мембран.

Жиры тоже служат для человеческого организма источником энергии. Их организм откладывает "про запас" и они служат энергетическим источником долговременного пользования. Кроме того, жиры обладают низкой теплопроводностью и предохраняют организм от переохлаждения. Неудивительно, что в традиционном рационе северных народов так много животных жиров. Для людей, занятых тяжелым физическим трудом, затраченную энергию тоже проще всего (хотя и не всегда полезней) компенсировать жирной пищей. Жиры входят в состав клеточных стенок, внутриклеточных образований, в состав нервной ткани. Еще одна функция жиров – поставлять в ткани организма жирорастворимые витамины и другие биологически активные вещества.

Белки

Рисунок 1.2.1. Молекула белка

Если в R заменить ещё один Н на аминогруппу NH2, получим аминокислоту:

Белки – биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

Образование линейных молекул белков происходит в результате реакций аминокислот др. с др.

Источниками белков могут служить не только животные продукты (мясо, рыба, яйца, творог), но и растительные, например, плоды бобовых (фасоль, горох, соя, арахис, которые содержат до 22–23% белков по массе), орехи и грибы. Однако больше всего белка в сыре (до 25 %), мясных продуктах (в свинине 8–15 %, баранине 16–17 %, говядине 16–20 %), в птице (21 %), рыбе (13–21 %), яйцах (13 %), твороге(14 %). Молоко содержит 3 % белков, а хлеб 7–8 %. Среди круп чемпион по белкам – гречневая крупа (13 % белков в сухой крупе), поэтому именно ее рекомендуют для диетического питания. Чтобы избежать "излишеств" и в то же время обеспечить нормальную жизнедеятельность организма, надо, прежде всего, дать человеку с пищей полноценный по ассортименту набор белков. Если белков в питании недостает, взрослый человек ощущает упадок сил, у него снижается работоспособность, его организм хуже сопротивляется инфекции и простуде. Что касается детей, то они при неполноценном белковом питании сильно отстают в развитии: дети растут, а белки – основной "строительный материал" природы. Каждая клетка живого организма содержит белки. Мышцы, кожа, волосы, ногти человека состоят главным образом из белков. Более того, белки – основа жизни, они участвуют в обмене веществ и обеспечивают размножение живых организмов.

Строение:

  • первичная структура – линейная, с чередованием аминокислот;

  • вторичная – в виде спирали со слабыми связями между витками (водородными);

  • третичная – спираль свёрнутая в клубок;

  • четвертичная – при объединении нескольких цепей, различных по первичной структуре.

При радиации, больших температурах, экстремальных значениях pH, в спирте, ацетоне белок разрушается - реакция денатурации.

Таблица 1.2.1. Строение белка

Первичная структура – определенная последовательность α-аминокислотных остатков в полипептидной цепи

Вторичная структура – конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры – α-спираль, обусловленная кооперативными внутримолекулярными Н-связями. Другая модель – b-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают межцепные (межмолекулярные) Н-связи

Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий

Четвертичная структура – агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей

Функции:

  • строительная: белки являются обязательным компонентом всех клеточных структур;

  • структурная: белки в соединении с ДНК составляют тело хромосом, а с РНК – тело рибосом;

  • ферментативная: катализатором хим. реакций выступает любой фермент – белок, но очень специфичный;

  • транспортная: перенос О2, гормонов в теле животных и человека;

  • регуляторная: белки могут выполнять регуляторную функцию, если они являются гормонами. Например инсулин (гормон, поддерживающий работу поджелудочной железы) активизирует захват клетками молекул глюкозы и расщепление или запасание их внутри клетки. При недостатке инсулина глюкоза накапливается в крови, развивая диабет;

  • защитная: при попадании инородных тел в организме вырабатываются защитные белки – антитела, которые связываются с чужеродными, соединяются и подавляют их жизнедеятельность. Такой механизм сопротивления организма называют иммунитетом;

  • энергетическая: при недостатке углевода и жиров могут окислиться молекулы аминокислот.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – универсальный переносчик и основной аккумулятор энергии в живых кленках, который необходим для синтеза органических веществ, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений. АТФ содержится во всех клетках растений и животных.

Представляет собой нуклеотид, образованный остатками азотистого основания (аденина), сахара (рибозы) и тремя остатками фосфорной кислоты.

АТФ – нестабильная молекула: при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты. АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при этом выделяется около 30,5 кДж.

Рисунок 1.2.2. Строение молекулы АТФ

Гормоны органические соединения, которые могут иметь белковую природу (гормоны поджелудочной железы) и могут относиться к липидам (половые гормоны), могут быть производными аминокислот. Гормоны образуются как животными, так и растениями. Гормоны осуществляют разнообразные функции:

  • регулируют содержание ионов натрия, воды в организме;

  • обеспечивают половое созревание;

  • гормоны тревоги и стресса усиливают выход глюкозы в кровь и, следовательно, обуславливают активное использование энергии;

  • сигнальные гормоны сообщают о нахождении пищи, об опасности;

  • у растений свои гормоны, ускоряющие созревание плодов, привлекающие насекомых.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Рисунок 1.2.3. Синтез нуклеиновых кислот

Рисунок 1.2.4. Схематическое строение ДНК (многоточием обозначены водородные связи)

Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. (рис. 1.2.4)

Рисунок 1.2.5. Участок молекулы ДНК

Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц. Сказанное можно показать в виде схемы:

Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями. На рис. 1.2.5 приведены две нити ДНК, которые соединены комплементарными участками.

Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков.

Таблица Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Признаки сравнения

ДНК

РНК

Местонахождение в клетке

Ядро, митохондрии, хлоропласты

Ядро, рибосомы, цитоплазмы, митохондрии, хлоропласты

Местонахождение в ядре

Хромосомы

Ядрышко

Строение макромолекулы

Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью

Одинарная полинуклеотидная цепочка

Состав нукотидов

Азотистое основание (аденин, гуанин, тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты

Азотистое основание (аденин, гуанин, урацил, цитозин); рибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты

Функции

Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК и РНК, информация о структуре белков

Информационная (иРНК) передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы; рибосомальная (рРНК) входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам.

Витамины

Еще в конце 19 века ученые обнаружили, что страшная болезнь бери- бери, при которой происходит поражение нервной системы, вызвана нехваткой какого-то особого вещества в пище. В 1912 г. польский исследователь Казимеж Функ (1884–1967) выделил вещество из рисовых отрубей и назвал его витамином (от лат.vita – "жизнь"). Так называют химические соединения, которые требуются для нормальной жизнедеятельности организма в очень незначительных количествах. Организм "не умеет" самостоятельно синтезировать витамины. Поэтому очень важно пополнять организм витаминосодержащими продуктами питания. Недостаток витаминов в организме является причиной тяжелого заболевания – авитаминоза.

Здоровый человек в нормальных жизненных условиях должен стараться полностью покрывать свою потребность в витаминах за счет разнообразного и полноценного питания. Обращаться к аптечным препаратам, содержащим витамины, следует в тех случаях, когда вы испытываете постоянный или сезонный (осенью, весной) дефицит витаминов, а также при тяжелых стрессах. Бессистемное самодеятельное "поедание" витаминных пилюль может вызвать неприятные последствия в виде гипервитаминоза, когда даже необходимое количество витаминов не усваивается, а выводится организмом.

Витамины

Еще в конце 19 века ученые обнаружили, что страшная болезнь бери-бери, при которой происходит поражение нервной системы, вызвана нехваткой какого-то особого вещества в пище. В 1912 г. польский исследователь Казимеж Функ (1884–1967) выделил такое вещество из рисовых отрубей и назвал его витамином (от лат.vita – "жизнь"). Сейчас хорошо изучены около 25 витаминов. Химический состав и названия их очень сложны, поэтому им присвоили буквенные символы. Принято все витамины разделять на две большие группы: водорастворимые и жирорастворимые.

Среди водорастворимых витаминов главные:

  1. В1 – тиамин, впервые найденный в белокочанной капусте; потом его обнаружили также в некоторых крупах, сырой рыбе, дрожжах и проросшей пшенице. Этот витамин регулирует обмен веществ, нервную деятельность и ответствен за состояние сердечно-сосудистой системы. Отсутствие В1 в пище вызывает бери-бери – тяжелейшую болезнь суставов, сопряженную с поражением нервной системы, сердца и сосудов. Бери-бери распространена в тех регионах Юго-Восточной Азии, где население питается скудно и однообразно, в основном лишь очищенным рисом, в котором витамина В1 почти нет. Суточная потребность организма в витамине В1 – 1,5–2,0 мг.

  2. В2 – рибофлавин. Регулирует обмен веществ, повышает остроту зрения, улучшает функцию печени и нервной системы, а также состояние кожи. Источники витамина В2 – дрожжи, мясо, рыба, печень и другие субпродукты (почки, сердце, язык), яичный желток, молочные продукты, бобовые и многие крупы. Суточная потребность организма в витамине В2 – 2,0–2,5 мг;

  3. РР – никотиновая кислота (ниацин) регулирует клеточное дыхание и сердечную деятельность. Источником витамина РР служат дрожжи, мясные и молочные продукты, зерновые культуры. Кроме того, это один из немногих витаминов, которые могут образовываться в организме человека. Витамин РР образуется из триптофана – аминокислоты, входящей в состав поступающих с пищей белков. Суточная потребность организма в витамине РР – 15–20 мг;

  4. В6 – пиридоксин, участвует в обменных процессах, необходим для усвоения аминокислот и для синтеза из триптофана витамина РР. Суточная потребность организма в витамине В6 – 2 мг;

  5. ВC – фолацин, фолиевая кислота и ее производные, регулируют кроветворение и жировой обмен. Содержится в печени, дрожжах, многих овощах (зелени петрушки, шпината, в листовом салате). Суточная потребность организма в витамине ВC – 2,0–2,5 мг.

  6. В12 – цианкобаламин. Предупреждает малокровие. Присутствует в говяжьей и свиной печени, мясе кроликов и кур, яйцах, рыбе, молоке. Суточная потребность организма в витамине В12 – 3 мг.

  7. С – аскорбиновая кислота, предохраняет от цинги, повышает иммунитет. Источники этого витамина в питании – свежие и консервированные овощи, фрукты, ягоды. Особенно богаты "аскорбинкой" плоды шиповника, смородина, петрушка, укроп, а среди дикорастущих – крапива, кислица, черемша. Аскорбиновая кислота неустойчива: на воздухе она легко окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, не имеющей витаминных свойств. Это надо учитывать при кулинарной обработке овощей и фруктов. Суточная потребность организма в витамине С – 75–100 мг.

  8. Р – рутин (биофлавоноид) сосудоукрепляющее средство, проявляет активность вместе с витамином С. Особенно много его в смородине, шиповнике, черноплодной рябине (аронии), цитрусовых и зеленом чае. Суточная потребность организма в витамине Р – 25–50 мг.

Среди жирорастворимых витаминов наиболее важны:

  1. А – ретинол и его производные, улучшает состояние кожи и слизистых оболочек глаз, повышает иммунитет, а главное, обеспечивает остроту зрения в сумерках. При недостатке витамина А возникает "куриная слепота" (человек плохо видит в вечернее время). Ретинол содержится в молоке, сливочном масле, сыре, рыбьем жире, а также может синтезироваться в печени человека из провитамина А – каротина, источником которого являются морковь, томаты и облепиха. Суточная потребность организма в витамине А – 1,5 – 2,0 мг (или 6 мг каротина);

  2. D – эргокальциферол, оказывает противорахитное действие и помогает усвоению кальция. Он совершенно необходим растущему организму в период формирования и развития костей и зубов. Витамин D содержится в рыбьем жире, икре, сливочном масле, яйцах, молоке. Помимо этого, он образуется в организме под влиянием солнечных лучей. Суточная потребность организма в витамине D – 0,01 мг.

  3. Е – токоферол, влияет на функции половых желез и способствует нормальному протеканию беременности, способствует усвоению жирорастворимых витаминов, участвует в обмене веществ. Содержится в растительном масле, гречневой крупе, бобовых. Суточная потребность организма в витамине Е – 12–15 мг.

  4. К – антигеморрагический фактор, регулирует свертываемость крови, предотвращает возникновение кровотечений. Источниками этого витамина служат картофель, капуста, тыква, шпинат, щавель, печень. Суточная потребность организма в витамине К – 0,2–0,3 мг.

Выводы по лекции

  1. К основным органическим веществам в составе клетки относят белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты и АТФ.

  2. Углеводы в жизни растений, животных, грибов и микроорганизмов играют роль энергетических веществ.

  3. Жиры – основной структурный компонент клеточных мембран и источник энергии. Они претерпевают в клетке сложные превращения.

  4. Белки - биологические полимеры, мономерами которых являются 20 важнейших аминокислот, выполняют ряд важнейших функций в клетке. Строительная: белки являются обязательным компонентом всех клеточных структур; структурная: белки в соединении с ДНК составляют тело хромосом, а с РНК – тело рибосом; ферментативная: катализатор хим. реакций – специфичный фермент – белок; транспортная: перенос О2, гормонов в теле животных и человека; регуляторная: (гормоны) часть гормонов – белки, например инсулин, – гормон, поддерживающий железы, активизирует захват клетками молекул глюкозы и расщепление или запасание их внутри клетки. При недостатке инсулина глюкоза накапливается в крови, развивая диабет; защитная: при попадании инородных тел в организм вырабатываются защитные белки – антитела, которые связываются с чужеродными, соединяются и подавляют их жизнедеятельность. Такой механизм сопротивления организма называют иммунитетом; энергетическая: при недостатке углевода и жиров могут окислится молекулы аминокислот.

  5. ДНК – молекулы наследственности, состоят из мономеров – нуклеотидов. Нуклеотиды ДНК и РНК имеют черты сходства и различия в строении и выполняют разные функции.

  6. Выявлено большое значение витаминов для организмов.

Вопросы для самоконтроля

  1. Какие углеводы характерны для растительной клетки, для животной клетки? Укажите функции углеводов.

  2. Охарактеризуйте строение молекул белков в связи с их функциями в клетке.

  3. Что собой представляет первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белковой молекулы?

  4. В чем особенность строения молекулы ДНК? Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?

  5. Какие функции выполняют ДНК и РНК?

По материалам сайта






 |  Анимация, картинки  |  Астрология, гороскопы  |  Аудиокниги  |  Вебкамеры России  |  Вебкамера на МКС  |  Выживание  |  Гороскопы  |  Заговоры  |  Иллюзии  |  Игры  |  Очищение  |  Календарь  |  Конвертер валют Мира  |  Лунный календарь  |  Мировая пресса  |  Мировая статистика  |  Население Земли  |  Народная медицина  |  Нетрадиционная медицина  |  Новости в России и Мире  |  Онлайн полеты самолётов  |  Омоложение  |  Очищение  |  Погода в России и Мире.  |  Поздравления  |  Прогнозы по дате рождения.  |  Сейсмический монитор  |  Сонник.  |  Страны Мира.  |  Телевидение  |  100 лучших фильмов  |  Улыбнись  |  Фильмотека  |  Ретро музыка  |  Ретро фильмы  |  Радио онлайн  |  Мини TV  |  Лунный день  |  Вечный календарь  |