Реферат: Учение о клетке

В ответ на внедрение в организм чужеродных белков (антиге­нов) в клетках крови вырабатываются вещества белковой природы (антитела), которые обезвреживаютих, предохраняя организм от повреждающего действия. Это иммунологическая защита.

Энергетическая функция. Белки могут служить источником энергии. Расщепляясь до конечных продуктов распада — диоксида углерода, воды и азотсодержащих веществ, они выделяют энергию, необходимую для многих жизненных процессов в клетке.

Углеводы. Это необходимый компонент любой клетки. В растительных клетках их значительно больше, чем в животных. Углеводы содержат только углерод, водород и кислород. К про­стейшим углеводам относятся простые сахара (модосахариды). Они содержат пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода и столько же молекул воды. Примерами моносахаридов могут служить глюкоза и фруктоза, находящиеся во многих плодах рас­тений. Кроме растений глюкоза входит также в состав крови.

Сложные углеводы состоят из нескольких молекул простых уг­леводов. Из двух моносахаридов образуется дисахарид. Пищевой сахар (сахавоза), например, состоит из молекулы глюкозы и мо­лекулы фруктозы. Значительно большее число молекул простых уг­леводов входит в такие сложные углеводы, как крахмал, гликоген, клетчатка (целлюлоза). В молекуле клетчатки, например, от 300 до 3000 молекул глюкозы.

Углеводы — своеобразное «топливо» для живой клетки;

окисляясь, они высвобождают химическую энергию, которая рас­ходуется клеткой на процессы жизнедеятельности. Углеводы выпол­няют и важные строительные функции, например у растений из них образуются стенки клеток.

Жиры и липоиды. В качестве обязательного компонента содержатся в любой клетке. Жиры представляют собой соединение глицерина с различными жирными кислотами, липоиды — эфиры жирных кислот и спиртов, но не глицерина. Именно этим кислотам липоиды обязаны своим важным биологическим свойством — не растворяться в воде. Этим же определяется и их роль в биологических мембранах клетки. Средний, липидный, слой мем­бран препятствует свободному перемещению воды из клетки в клет­ку. Жиры используются клеткой как источник энергии. Подкожный жир играет важную теплоизоляционную роль.

У животных, особенно у водных млекопитающих. У животных, впадающих

зимой в спячку жиры обеспечивают организм необходимой энергией. Они составляют запас питательных веществ в сменах и плодах растений.

Нуклеиновые кислоты. Впервые были обнаружены в ядрах клеток. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонук-леиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК), ДНК образуется и содержится преимущественно в ядре клетки,

Рис. 1. Модель двойной спирали молекулы ДНК. А — участок двуспиральной молекулы ДНК; Б — схема участка деспирализованных це­пей. Ясно видна комплементарность оснований, водородные связи между ними показаны точками

РНК, возникая в ядре, выполняет свои функции в цитоплазме и ядре.

Молекула ДНК — очень длинная двойная цепочка, спирально закрученная вокруг своей продольной оси (рис. 1). Длина ее во многие сотни раз превышает длину цепочки белковой молекулы. Каждая одинарная цепочка представляет собой полимер и состоит из отдельных соединенных между собой мономеров — нуклеотидов.

В состав любого нуклеотида входят два постоянных химических компонента (фосфорная кислота и углевод дезоксирибоза) и один переменный, который может быть представлен одним из четырех азотистых оснований: аденином, гуанином, тимином или цитозином. Поэтому в молекулах ДНК всего четыре разных нук­леотида. Разнообразие же молекул ДНК огромно и достигается благодаря различной последовательности нуклеотидов в цепочке ДНК.

Две цепи ДНК соединены в одну молекулу азотистыми основаниями. При этом аденин соединяется только с тимином, а гуанин - с цитозином. В связи с этим последовательность нуклеотидов в одной цепочке жестко определяет последовательность в другой цепочке. Строгое соответствие нуклеотидов друг другу в парных цепочках молекулы ДНК получило название комплементарности (рис. 1). Это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы.

Редупликация сводится к тому, что под действием специального фермента исходная двойная цепочка молекулы ДНК постепенно распадается на две одинарные — и тут же к каждой из них по принципу химического сродства (аденин к тимину, гуанин к цитозину) присоединяются свободные нуклеотиды. Так восстанавливается двойная цепь ДНК. Но теперь таких двойных молекул уже две. Поэтому синтез ДНК и получил название редупликации (удвоения): каждая молекула ДНК как бы сама себя удваивает. Роль ДНК заключается в хранении, воспроизведении и передаче из поколения в поколение наследственной информации.

Молекулярная структура РНК близка к таковой ДНК. Но есть и существенные различия. Молекула РНК — не двойная, а одина­рная цепочка из нуклеотидов. В ее состав входят также четыре типа нуклеотидов, но один из них иной, чем в ДНК: вместо тимина в РНК содержится урацил. Кроме того, во всех нуклеотидах мо­лекулы РНК находится не дезоксирибоза, а рибоза. Молекулы РНК не столь велики, как молекулы ДНК.

В клетке имеется три вида РНК. Названия их связаны с вы­полняемыми функциями. Транспортные РНК (тРНК) — самые ма­ленькие по размеру, транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка. Информационные, или матричные, РНК (мРНК) во много раз больше тРНК. Они переносят информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка. Третий вид — рибосомальные РНК (рРНК) — входят в состав рибосом. Все виды РНК синтезируются в ядре клетки по тому же принципу комплементарности на одной из цепей ДНК. Значение РНК состоит в том, что они обеспечивают синтез в клетке специфических для нее белков.

Аденозинтрифосфат (АТФ). Входит в состав любой клетки, где он выполняет одну из важнейших функций — на­копителя энергии. Молекулы АТФ состоят из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех молекул фосфорной кислоты. Не­устойчивые химические связи, которыми соединены молекулы фос­форной кислоты в АТФ, очень богаты энергией (макроэргические связи): при разрыве этих связей энергия высвобождается и исполь­зуется в живой клетке для обеспечения процессов жизнедеятель­ности и синтеза органических веществ.

Глава 3. КЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ ФУНКЦИИ

Цитоплазма. Клетка представляет собой целостную живую систему, состоящую из неразрывно связанных между собой цитоп­лазмы и ядра (рис. 2). От внешней среды цитоплазма отграничена наружной клеточной мембраной (от лат. membrana — кожица, пленка), называемой плазмалеммой. Она представляет собой тон­чайшую (толщина 7—10 нм), но довольно плотную пленку, состоящую почти исключительно из упорядочение расположенных молекул белков и липидов. Наружный и внутренний слои элемен­тарной мембраны образованы белковыми молекулами, а между ними находятся два слоя липидов. Молекулы большинства липидов состоят из полярной головки и двух неполярных хвостов. Головки гидрофильны (проявляют сродство к воде), а хвосты гидрофобны (с водой не смешиваются).

Рис 2 Схема строения эукариотической клетки А — клетка животного, Б — растительная клетка

./ — ядро с хроматином и ядрышками, 2— цитоплазматическая мембрана, 3— клеточная стенка, 4— поры в кле­точной стенке, через которые сообщается цитоплазма соседних клеток, 5— шероховатая эндоплазматическая сеть, б— глад­кая эндоплазматическая сеть, 7— пиноцитозная вакуоль, 8— аппарат Гольджи, 9— лизосомы, 10— жировые включения, 11— клеточный центр, 12— митохондрия, 13— рибосомы и полирибосомы, 14— вакуоль, 15— хлоропласт

Рис. 3. Схема строения цитоплазматической мембраны В двойном липидном слое (I) молекулы липидов направлены своими гидрофильными кон­цами (2) к слоям белков (3), состоящих из отдель­ных субъединиц Некоторые субъединицы (4) пересекают мембрану) (туннельные белки)

Большинство молекул белков располагается на поверхности липидного каркаса с обеих его сторон, а некоторые молекулы проходят через него насквозь, образуя в мембране гидрофильные поры, через которые поступают водорастворимые вещества (рис. 3). Жирорастворимые вещества перемещаются между молекулами белка через липидный слой.

oдно из основных свойств клеточных мембран — их избирательная проницаемость (полупроницаемость): одни вещества проходят через них легко, и даже против градиента концентрации, другие с трудом. Благодаря этому свойству наружная клеточная мембрана регулирует проникновение веществ в клетку и выход их из клетки.Внутренняя мембрана клетки — тонопласт — окружает вакуоли. Она устроена так же, как и наружная мембрана.

Цитоплазма содержит множество специализированных компонентов, называе­мых органеллами. Каж­дый вид органелл выполняет определенную функцию. Их согласован­ная деятельность обес­печивает биохимические реакции, необходимые для жизнедеятельности организма. К органеллам относятся эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, пластиды, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр и др. Органеллы взвешены в жидкой среде цитоплазмы, которую назы­вают цитоплазматическим матриксом или гиалоплазмой. Это наименее плотная часть клетки, представляющая собой водную кол­лоидную систему. Коллоидность определяет способность ее загустевать и превращаться в твердый студень (гель), который, в свою очередь, при определенных условиях разжижается и вновь прев­ращается в жидкость (золь). Такой процесс происходит, например, при прорастании семян.

Функциональное значение гиалоплазмы как среды, в которую погружены клеточные органеллы, следующее: 1) благодаря вязкости и способности к перемещению гиалоплазма служит основной магистралью для передвижения метаболитов клетки; 2) примыкая к наружной клеточной мембране, она обеспечивает обмен веще­ствами между клетками; 3) вступая в непосредственные контакты с мембранами органелл, обусловливает физико-химические и фер­ментные связи между ними.

Эндоплазматическая сеть. Это разветвленная система каналов и цистерн, ограниченных мембранами, пронизы­вающих гиалоплазму. Мембраны, образующие стенки эндоплазматической сети, по структуре сходны с наружной клеточной мембраной. Их толщина в среднем 8 нм, а диаметр каналов 20—50 нм. Каналы заполнены бесструктурной жидкостью — матриксом. Существует два типа эндоплазматической сети — гладкая (агранулярная) и шероховатая (гранулярная). На мембранах первого типа находятся ферменты жирового и углеводного обмена, т.е. на них происходит синтез липидов и углеводов. На мембранах второго типа располагаются рибосомы, придающие мембранам шероховатый вид. Белки, синтезируемые в них, накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети и затем по ним доставляются к различным органеллам клетки, где используются или сосредоточиваются в цитоплазме в качестве клеточных включений. Кроме того, по каналам эндоплазматической сети вещества транспортируются из клетки в клетку.