19. Клеточный центр.

Клеточный центр (центрисома) – органоид немебранного строения в клетках животных и низших растений. Находится вблизи ядра, состоит из 2 центриолей – телец цилиндрической формы длиной 500 нм., расположенных перпендикулярно друг другу. Стенки образованы 9 триплетами микротрубочек. Чентрисома окружена более светлой цитоплазмой – центросферой. Функция: Центр формирования микротрубочек веретена деления. При делении клетки центрисома делится на 2 части и одна центрисоль отходит к одному полюсу клетки, другая – к другому и образуют веретена деления, обеспечивая равномерное распределение хромосом между дочерними клетками. 

19. Органеллы специального значения.

Специальные органеллы – имеются лишь в некоторых клетках и обеспечивают выполнение специализированных функций. К ним относят реснички, жгутики, микроворсинки, акросомы. Специальные органеллы образуются в ходе развития клетки как производные органелл общего значения Реснички и жгутики – органеллы специального значения, участвующие в процессах движения – представляют собой выросты цитоплазмы, основу которых составляет каркас из микротрубочек, который носит название осевой нити, или аксонемы. Аксонема образована 9 периферическими парами микротрубочек и одной центрально расположенной парой. Центральная пара микротрубочек окружена центральной оболочкой, от которой к периферическим дублетам расходятся радиально спицы. Периферические дублеты связаны собой мостиками нексина, а от микротрубочки А к микротрубочке В соседнего дуплета отходят “ручки” из белка динеина, который обладает активность. АТФ-азы. В основании каждой реснички или жгутика лежит базальное тельце, по своему строению сходна с центриолью. На уровне апикального конца тельца заканчивается микротрубочка С триплета, а микротрубочки А и В продолжаются в соотверствуюцие микротрубочки аксонемы реснички или жгутика. При развитии реснички или жгутика базальное тельце играет роль матрицы, на которой происходит сборка компонентов аксонемы.

19. Ядро клетки. Строение и функции.

Ядерный аппарат эукариотических клеток представлен ядром. У прокариот ядерный аппарат называют нуклеоидом. Ядро – часть клетки, в которой локализуются хромосомы и формируются макромолекулы, контролирующие синтез веществ (и-РНК, т-РНК, р-РНК). Расположено в центре клетки или смещено. В составе ядра выделяют: 1. Поверхностный аппарат ядра, или кариолемму. 2. Кариоплазму, кариолимфу, или ядерный сок. 3. Ядерный матрикс 4. Хроматин. Функции ядра: Хранение генетической информации Реализация генетической информации Воспроизведение и передача генетической информации Строение ядерной оболочки. Наружная мембрана: составляет единое целое мембранами гранулярной ЭПС – на ее поверхности имеются рибосомы, а перинуклеарное пространство соответствует полости цистерн гранулярной ЭПС. Внутренняя мембрана – гладкая, ее интегральные белки связаны с ламиной – слоем, состоящим из переплетенных промежуточных филаментов. Роль ламины:

1. Поддержка формы ядра 

2. Упорядочивание укладки хроматина 

3. Структурная организация поровых комплексов

4. Формирование кариолеммы при делении клеток.

Ядерные поры. Поря, содержат 2 параллельных кольца (по одному с каждой поверхности кариолеммы), которые образованы 8 белковыми гранулами. От этих гранул к центру сходятся фибриллы, формирующие перегородку, в середине которой лежит центральная гранула. Совокупность структур, связанных с ядерной порой, называется комплексом ядерной поры. Функции комплекса ядерной поры:

1. Обеспечение регуляции избирательного транспорта веществ между цитоплазмой и ядром 

2. Активный перенос в ядро белков, имеющих особую маркировку. 

3. Перенос в цитоплазму субъединиц рибосом; их транспорт сопровождается изменением конформации комплекса.

 Хроматин. Различают 2 вида хроматина: Эухроматин соответствует сегментам хромосом, которые деспирализованы и открыты для транскрипции. Эти сегменты не окрашиваются и не видны в световой микроскоп. Гетерохроматин соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом. Он интенсивно окрашивается основными красителями, и в световой микроскоп имеет вид гранул. Тельце Барра – скопление гетерохроматина, соответствующее одной Х-хромосоме у особей женского пола, которое в интерфазе плотно скручено. Выявление тельца Барра используется как диагностический тест для определения генетического пола. Компактная упаковка ДНК в ядре обеспечивает:

1. Упорядоченное расположение очень длинных молекул ДНК в небольшом объеме ядра. 

2. Функциональный контроль активности генов.

Уровни упаковки хроматина:

1. Обеспечивает образование нуклеосомной нити, обусловленной намоткой двух нитей ДНК на блоки из 8 гистоновых молекул. 

2. Приводит к скручиванию нуклеосомной нити с образованием нуклеотиновой фибриллы. 

3. Хроматиновые фибриллы образуют петли, каждая из которых соответствует 1 или нескольким генам, которые формируют участки конденсированных хромосом, которые выявляются при делении клетки.

Реализация генетической информации в интерфазном ядре непрерывно протекает благодаря процессам транскрипции. При транскрипции ДНК образуется крупная РНК, которая связывается с ядерными белками с образованием рибонуклеоидов. Процессинг включает отщепление интронов и стыковку экзонов - сплайсинг. При этом молекула РНК превращается в мелкие и-РНК, отделяющиеся от связанных с ними белков при переносе в цитоплазму.   Ядерный сок (кариолимфа). Кариолимфа близка по составу к гиалоплазме. Обеспечивает транспорт веществ и ядерных структур и взаимодействие между ними. Ядрышко. Ядрышко – самая плотная структура ядра, является производным хромосомы с наиболее высокой концентрацией и активностью синтеза РНК в интерфазе. Образуется на вторичной перетяжке ядрышкоовй хромосомы. Место образования субъединиц рибосом. В профазе ядрышко распадается, в телофазе вновь формируется Функция: Формирование субъединиц рибосом из РНК и собственного белка, которые через поры выходят из ядра и собираются в цитоплазме в рибосому. 20. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Энергетический обмен в клетке. Основой всех проявлений жизнедеятельности клеток является обмен веществ с окружающей средой. Благодаря биохимическим реакциям, все процессы клеток являются строго упорядоченными. Клетка – высокоорганизованная структура, в которой экономично расходуются материалы и энергия, процессы идут с высоким КПД (КПД митохондрий 45-60%, хлоропластов – 25%).

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4

Обмен веществ состоит из ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) – пластический обмен, при котором происходит синтез всех органических веществ. Все биосинтезы идут с поглощением энергии, которая запасается в виде АТФ при диссимиляции (катаболизме) – энергетическом обмене. Этапы энергетического обмена: Подготовительный – происходит расщепление сложных органических веществ до более простых под действием пищеварительных ферментов. Высвобожденная энергия рассеивается в виде тепла.

1. В анаэробных условиях (без О₂) у анаэробов субстрат расщепляется с образованием конечных продуктов еще богатых энергией. 

• Гликолиз – расщепление глюкозы ферментами клетки в отсутствии кислорода. В результате 40% энергии глюкозы запасется в 2 молекулах АТФ, 60% утрачивается в виде теплоты. Гликолиз осуществляется в гиалплазме клетки и не связан с мембранами.

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 = 2С3Н6О3 + 2АТФ +2Н2О

• Спиртовое брожение  Глюкоза →пируват→ацетальдегид→этанол. КПД = 29%.

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 = 2С2Н5ОН + 2АТФ +2Н2О + 2СО2

2. В аэробных условиях (с О₂) – субстрат без остатка расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высвобождением большого количества энергии. Протекает в 2 этапа:

А. Аналогично гликолизу, но только до пирувата С₃Н₄О₃ (субстратное фосфолирирование): С₆Н₁₂О₆ = 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2НАДН + Н⁺ В. Пируват и НАДН₂ поступают в митохондрии, где пируват окисляется до ацилКоА.

С3Н4О3 + КоАSH + HAД+ = СН3СО3SКоА + НАДН2 + СО2

Ацетилкоэнзим А направляется в ЦТК (цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса), а НАДН в дыхательную цепь. ЦТК идет в матриксе митохондрий: ацетилКоА присоединяется к щавелевоуксусной кислоте и т.д.  В результате образуется:

АТФ + 2СО2 +КоА = 3НАДН + 3Н+ + ФАДН2

ФАД – флавинадениндинуклеотид. Вся энергия глюкозы оказывается сосредоточенной в переносчиках НАДН +Н⁺ и ФАДН₂. Они переносят по 2Н⁺ цепь переноса электронов и затем снова могут присоединять Н⁺. Атомы Н переносятся через внутреннюю мембрану митохондрий и на ее наружней поверхности разделяются на Н⁺ и электрон. Реакции образования АТФ:

1. Н поступает на внутреннюю поверхность митохондрий, образуют кристы: 

Н = Н+ + е-

А. Н⁺ выходят из клетки на поверхность. Для Н⁺ мембрана проницаема, поэтому они накапливаются в межмембранном пространстве, образуя протонный резервуар.  В. Электроны переносятся на внутреннюю поверхность мембраны крист и присоединяются и присоединяются к кислороду с помощью фермента оксидизы, образуя:

О2 + е- = О2-

С. Н⁺ и О₂^- создают разноименно заряженное электрическое поле, когда Δφ = 200мВ начинает действовать протонный канал. Он возникает в АТФ-синтеазе, которая встроена во внутреннюю мембрану митохондрий. 

4. Через канал Н⁺ устремляются внутрь митохондрий, создавая высокий уровень энергии, которая идет на синтез АТФ из АДФ и фосфата.

Итог: при расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, с запасом энергии 1520 кДж. Образовавшиеся АТФ выходят из митохондрий. Значение АТФ в энергетическом обмене:

1. Образовавшаяся молекула АТФ выходит из митохондрий и участвует во всех процессах, требующих энергию. 

1. В процессах синтеза веществ. 

2. Участвует в процессах движения. 

3. В процессе деления клетки. 

4. Транспорт веществ.

При расщеплении АТФ отдает энергию (1 фосфатная связь заключает 40 кДж). Образовавшаяся АДФ и фосфат возвращаются в митохондрии. Автотрофные и гетеротрофные организмы. По питанию организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы ассимилируют свои органические вещества из неорганических (Н₂О, СО₂, СН₄) используя: энергию солнца – фотоавтотрофы (зеленые растения, цианобактерии), или энергию химических реакций –хемоавтотрофы (хемосинтезирующие бактерии). Гетеротрофы – используют органические вещества, поступающие с пищей, расщепляются до мономеров, для процессов ассимиляции используется энергия, высвобожденная при диссимиляции органических веществ. Пластический обмен. Фотосинтез. Фотосинтез: Фотосинтез – процесс образования органических веществ в хлоропластах из неорганических веществ под действием света. Фотосинтез состоит из световой и темновой фазы. Реакции на свету протекают в гранах (тилакоидах), реакции, не требующих света, темновые – в строме хлоропластов. Световые реакции: А. Свет возбуждает молекулы хлорофилла мембранах тилакоидов, электроны сходят с орбит и переносятся за пределы мембраны тилакоидов, создавая заряженное электрическое поле.  В. Место вышедших электронов, занимают электроны, занимают электроны образовавшиеся в результате разложения воды под светом (фотолиза): 

H2O = OH- +H+ ; OH- - e- = OH

С. ОН объединяются в воду и кислород, который выделяется в атмосферу.

4. Протоны Н⁺ не проникают через мембрану тилакоида и накапливаются внутри, образуя положительно заряженное электрическое поле, что приводит к Δφ по обе стороны мембраны. Пари достижения критической разности потенциалов Н⁺ устремляются по протонному каналу в ферменте АТФ-синтеазе, встроенный в мембрану тилакоида, наружу. На выходе создается высокий уровень энергии, который идет на синтез АТФ из АДФ с присоединением фосфата. Образовавшиеся молекулы переходят в строму, где участвуют в реакциях фиксации углерода. 

5. Н⁺ вышедшие на поверхность мембраны тилакоида, соединяются с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление переносчика НАДФ⁺:

2е- + Н+ + НАДФ+ = НАДФН

Активированный световой энергией электрон хлорофилла используется для присоединения водорода к НАДФН, переходит в строму хлоропласта, участвуя в реакциях фиксации углерода. Темновые реакции: Темновая фаза фотосинтеза представляет собой ряд последовательных реакций. В результате этих реакций из СО₂ и Н₂О образуются углеводы. СО₂ поступает в лист из окружающей среды, Н₂ образуется в световой фазе. Источником энергии служит АТФ, которая синтезируется в световую фазу. Эти вещества транспортируются в хлоропласты. Темновые реакции идут в строме хлоропластов, куда поступают АТФ, НАДФН, от тилакоидов гран и СО₂ из воздуха. Кроме того, там находятся пентозы С₅, которые образуются в цикле фиксации СО₂ (цикле Кальвина). Цикл Кальвина:

1. К пентозе С₅ присоединяется СО₂ с образованием нестойкой гексозы С₆, которая расщепляется на 2 триозы (2С₃). 

2. Каждая из триоз 2С₃ принимает по одной фосфатной группе от 2 АТФ, что обогащает молекулы триоз энергией.  

3. Каждая из триоз 2С₃ принимает по одному атому Н от 2 НАДН, после чего триозы объединяются: 

   2С3 → С6 → С6Н12О6 (глюкоза).

4. Другие С₃ объединяются, образуя пентозы: 5С₃ → 3С₅, которые заново включаются к цикл фиксации СО₂.

Суммарное уравнение фотосинтеза:

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

21. Хемосинтез. Тип обмена, с помощью которого бактерии мобилизуют энергию был открыт русским ученым микробиологом С.Н. Виноградским. Бактерии обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим преобразовывать энергию химических реакций. В природе органическое вещество создает не только зеленые растения, но и бактерии, не содержащие хлорофилла. Органические вещества создаются путем хемосинтеза.  Хемосинтез – синтез органических веществ с использованием энергии, освобождающейся при химических реакциях (окисление неорганических соединений). Энергия, получаемая при окислении, запасается в организме в форме АТФ.  Виды бактерий:

1. В водоемах, содержащих H₂S, живут серобактерии. Они окисляют H₂S. 

   2H2S + O2 = 2S + 2H2O + E

2. Сера поглощается включениями. При недостатке сероводорода бактерии окисляют серу далее:

   2S + 3O2 = 2H2SO4 + E

3. Нитробактерии окисляют NH₃ до HNO₂: 

   2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + E (662кДж).

4. Далее HNO₂ окисляется до HNO₃:

   2NHO2 + O2 = 2HNO3 + E (101кДж).

5. Процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах, служит источником нитратов для растений.

6. Железобактерии – бактерии, превращающие закислое железо в кислое:

4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2 + E (324кДж)

Значение: Накопление нитратов; питание растений; круговорот веществ в природе; накапливаются железные руды – результат действия бактерий.

37