Лекция 2.клетка. Клетка структурная и функциональная единица живого. Поток вещества и энергии в клетке
 Скачать 74.5 Kb.
| Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |
| Лекция №2. Тема: Клетка - структурная и функциональная единица живого. Поток вещества и энергии в клетке. План.
Клетка представляет собой основную структурно-функциональную и генетическую единицу живого. В ней (ядро и цитоплазма) сосредоточена вся генетическая информация любого организма. Поэтому прежде, чем изучать непосредственно генетику, необходимо ознакомиться с основами строения и функционирования клетки. 1. Клеточная теория В 1665 г. Р. Гук, рассматривая под микроскопом срез пробки дерева, обнаружил пустые ячейки, которые он назвал "клетками". Он видел только оболочки растительных клеток, и длительное время оболочка считалась основным структурным компонентом клетки. В 1825 г. Я. Пуркине описал протоплазму клеток, а в 1831 г. Р. Броун - ядро. В 1837 г. М. Шлейден пришёл к заключению, что растительные организмы состоят из клеток, и каждая клетка содержит ядро. 1.1. Используя накопившиеся к этому времени данные, Т. Шванн в 1839 г. сформулировал основные положения клеточной теории: 1) клетка является основной структурной единицей растений и животных; 2) процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку организмов. В 1858 г. Р. Вирхов - основоположник патологической анатомии - дополнил клеточную теорию важным положением, что клетка может происходить только от клетки (Omnis cellula e cellula) в результате её деления. Он установил, что в основе всех заболеваний лежат изменения структуры и функции клеток. 1.2. Современная клеточная теория включает следующие положения: 1) клетка - основная структурно-функциональная и генетическая единица живых организмов, наименьшая единица живого; 2) клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и важнейшим проявлениям процессов жизнедеятельности; 3) каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; 4) клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани; 5) клетка является открытой системой через которую проходят и преобразуются потоки вещества, энергии и информации 2. Строение и функции цитоплазматической мембраны Клетка представляет собой открытую саморегулирующуюся систему, через которую постоянно идёт поток вещества, энергии и информации. Эти потоки принимает специальный аппарат клетки, в который входят: 1) надмембранный компонент – гликокаликс; 2) элементарная биологическая мембрана или их комплекс; 3) подмембранный опорно-сократительный комплекс гиалоплазмы; 4) анаболическая и катаболическая системы. Основной компонент этого аппарата - элементарная мембрана. Клетка содержит различные типы мембран, но принцип их строения одинаковый. В 1972 году С. Сингером и Г. Николсоном была предложена жидкостно-мозаичная модель строения элементарной мембраны. Согласно этой модели ее основу также составляет билипидный слой, но белки по отношению к этому слою располагаются по-разному. Часть белковых молекул лежит на поверхности липидных слоев (периферические белки), часть пронизывает один слой липидов (полуинтегральные белки), а часть пронизывает оба слоя липидов (интегральные белки). Липидный слой находится в жидкой фазе ("липидное море"). На наружной поверхности мембран имеется рецепторный аппарат - гликокаликс, образованный разветвлёнными молекулами гликопротеинов, "узнающий" определённые вещества и структуры. 2.3. Свойства мембран: 1) пластичность, 2) полупроницаемость, 3) способность самозамыкаться. 2.4. Функции мембран: 1) структурная - мембрана как структурный компонент входит в состав большинства органоидов (мембранный принцип структуры органоидов); 2) барьерная и регуляторная - поддерживает постоянство химического состава и регулирует все обменные процессы (реакции обмена веществ протекают на мембранах); 3) защитная; 4) рецепторная. 3. Транспорт веществ в клетку Плазмалемма включает элементарную мембрану, которая у животных клеток может быть покрыта муцином, слизью, хитином. Через плазмалемму происходит поступление веществ в клетку. Механизмы мембранного транспорта различны. Пассивный транспорт идет по градиенту концентрации и не требует затрат энергии. Это может быть осмос или диффузия (вода и мелкие молекулы), поступление через поры, путём растворения в липидах и облегчённая диффузия посредством белков-переносчиков - пермеаз (аминокислоты, сахара, жирные кислоты). Активный транспорт идёт против градиента концентрации, с затратой энергии. Для него необходимы специальные ионные каналы, ферменты и АТФ. Так работает натрий-калиевый насос. Концентрация калия в клетке выше, чем в межклеточном пространстве, и, тем не менее, ионы калия поступают в клетку. Цитоз связан с обратимыми изменениями архитектоники мембраны. Эндоцитоз - захват мембраной клетки макромолекул или частиц. Мембрана образует выпячивания, которые окружают частицу и замыкаются вокруг неё. Таким образом, частица оказывается в цитоплазме в составе эндосомы. Мембрана может захватывать твёрдые частицы (фагоцитоз) или капли жидко (пиноцитоз). Выделение из клетки веществ, заключённых в мембрану, называется экзоцитозом. Поступившие в клетку вещества могут использоваться: 1) в анаболической системе - для синтеза соединений, необходимых самой клетке или секретируемых ею; 2) в катаболической системе - как источник энергии. Анаболическая система осуществляет реакции пластического обмена, или ассимиляции; катаболическая система - реакции энергетического обмена, или диссимиляции. Эти системы связаны неразрывно как ассимиляция и диссимиляция. Все процессы жизнедеятельности клетки немыслимы без участия АТФ, синтез которой, в свою очередь, невозможен без ферментов, образуемых в анаболической системе. В такой же тесной связи находятся потоки веществ и энергии в клетке, так как гетеротрофные клетки способны использовать только энергию, заключенную в сложных органических соединениях. 4. Анаболическая система клетки К анаболической системе клетки относятся: рибосомы, эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи. 4.1. Рибосомы представляют собой сферические тельца диаметром 15-35 нм, которые состоят из двух субъединиц: малой и большой. Располагаются они либо свободно в цитоплазме, либо на наружной поверхности мембран эндоплазматической сети и на наружной ядерной мембране. Они на 40 % состоят из рибосомальной РНК (р-РНК) и на 60 % - из белков. Субъединицы рибосом образуются в ядрышке. Информация о структуре р-РНК и белках рибосом закодирована в "ядрышковых организаторах" - участках молекулы ДНК в области вторичных перетяжек спутничных хромосом. Рибосомы содержат некоторые органоиды клетки (митохондрии, хлоропласты), способные синтезировать специфичные белки. Функции рибосом: принимают непосредственное участие в синтезе белка. 6   Рис. 3. Строение гранулярной эндоплазматической сети 4.2. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) представлена каналами, пронизывающими всю цитоплазму клетки, соединяющимися с перинуклиарным пространством и с полостями комплекса Гольджи. Стенки каналов образованы элементарной мембраной. Если на наружной поверхности мембран каналов располагаются рибосомы, ЭПС называется гранулярной, если рибосом на мембранах нет - агранулярной. Функции ЭПС: 1) биосинтез белков (гранулярная ЭПС), жиров и углеводов (агранулярная ЭПС); 2) компартментализация цитоплазмы клетки (разделение на отсеки); 3) участие в образовании мембран; 4) образование пероксисом; 5) транспортировка всех веществ в клетке. 4.3. Комплекс Гольджи представлен системой диктиосом. Каждая диктиосома - это стопка из 10-15 элементарных мембран, образующих замкнутые каналы, толщиной 20-40 нм, расширяющиеся на концах в цистерны. От цистерн отделяются пузырьки, которые образуют лизосомы и вакуоли. Функции комплекса Гольджи: 1) сортировка и упаковка синтезированных в ЭПС веществ; 2) образование комплексных соединений (гликопротеинов, липопротеинов и др.); 3) образование лизосом и глиоксисом; 4) секреция веществ; 5) участие в образовании клеточной стенки (при митозе). 5. Катаболическая система клетки К катаболической системе клетки относятся: лизосомы, микротельца (пероксисомы, глиоксисомы) и митохондрии. 5.1. Первичные лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Они представляют собой мелкие (0,2-1 мкм) округлые тельца, покрытые элементарной мембраной, и содержащие до 30-ти различных гидролитических ферментов. При поступлении в цитоплазму эндосом происходит слияние их  Рис. Строение лизосомы с первичными лизосомами, ферменты которых активируются, и образуют фагосомы (вторичные лизосомы), в них происходит расщепление сложных органических соединений до более простых (белков до аминокислот и т.д.). Вторичные лизосомы, в которых не завершен процесс переваривания, называются остаточными тельцами. В пероксисомах происходит окисление аминокислот с образованием перекиси водорода (Н2О2), которая участвует во многих обменных реакциях, в том числе и в неспецифической защите клетки от паразитов. Пероксисомы образуются эндоплазматической сетью. В глиоксисомах происходит превращение жиров в углеводы. Они образуются в комплексе Гольджи.  Рис. Строение митохондрии. 5.2. Митохондрия имеет две мембраны - наружную и внутреннюю. Внутренняя мембрана образует впячивания в полость митохондрии, которые называются кристы. На кристах митохондрий расположены сферические тельца на ножках - АТФ-сомы. Между кристами располагается матрикс, который содержит автономную систему биосинтеза  Рис. АТФ-сомы на кристах митохондрий белка (кольцевые молекулы ДНК и рибосомы). Основные функции митохондрий: синтез АТФ, специфических белков и стероидных гормонов. 5.3. Энергетический обмен, или диссимиляция, включает три этапа: I – подготовительный; II - бескислородный (анаэробный, гликолиз); III – кислородный (аэробный). Первичным источником энергии на Земле является Солнце. Его световая энергия аккумулируется зелеными растениями в процессе фотосинтеза в химических связях сложных органических соединений. Гетеротрофные организмы способны усваивать только этот вид энергии. Подготовительный этап протекает в пищеварительной системе организмов и в лизосомах клеток и заключается в том, что сложные органические соединения расщепляются до более простых: белки до аминокислот, полисахариды до моносахаридов, жиры до глицерина и жирных кислот. Высвобождающаяся энергия рассеивается в виде тепла. Анаэробный этап протекает в цитоплазме клеток. При гликолизе моносахариды, аминокислоты и жирные кислоты распадаются до пировиноградной или молочной кислот. При анаэробном расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ. В гликолизе участвует 10 ферментов цитоплазмы. Аэробный этап энергетического обмена протекает в митохондриях.Образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота, соединяется с коферментом А и в таком виде (Ацетил КоА) поступает в матрикс митохондрий. Митохондрии содержат 3 группы ферментов: цикла Кребса (матрикс), тканевого дыхания (кристы) и окислительного фосфорилирования (АТФ-сомы). Ацетил Ко А поступает в цикл Кребса, ферменты которого (дегидрогеназы) постепенно отщепляют от его молекулы атомы водорода, образуя в итоге диоксид углерода. Диоксид углерода выделяется из митохондрии. Атомы водорода расщепляются на протоны и электроны, которые поступают в систему ферментов тканевого дыхания, где в процессе перехода в электронтранспортной цепи (электронный каскад) накапливаются по разные стороны мембран (протоны - на наружной, а электроны - на внутренней поверхности). При достижении критического потенциала (около 200 мВ) протоны проходят через специальные каналы в АТФ-сомах, содержащие ферменты окислительного фосфорилирования. В этот момент электроны отдают свою энергию для присоединения остатков фосфорной кислоты к АМФ с образованием АДФ и к АДФ с образованием АТФ. Электроны, отдавшие энергию, соединяются с протонами, образуя атомы водорода. Водород, соединяясь с кислородом, образует воду. Таким образом, конечным акцептором электронов является кислород. При аэробном расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 36молекул АТФ и две молекулы - при анаэробном, всего 38 молекул АТФ. Коэффициент полезного действия митохондрий достигает 60%. Энергия, синтезированной в процессе энергетического обмена АТФ используется: 1) для биосинтеза веществ (до 50%); 2) для транспортировки веществ (30-40%); 3) для механической работы (сокращения мышц); 4) для деления клеток; 5) рассеивается в виде тепла.  перейти в каталог файлов | Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |