
- •В. В. Ревин г. В. Максимов о. Р. Кольс биофизика
- •Введение
- •Глава 1
- •Основные структуры и органеллы клетки
- •Основные типы клеток
- •Клетки животных
- •Клетки растений
- •1.3. Методы исследования клеток
- •Метод электронной микроскопии
- •Метод флуоресцентных зондов
- •Метод восстановленной флуоресценции после фотоотбеливания
- •Метод конфокальной лазерной сканирующей микроскопии
- •Метод спектроскопии комбинационного рассеяния
- •Микроспектроскопия комбинационного рассеяния
- •Метод динамической фазовой микроскопии
- •Глава 2 биологические мембраны
- •Методы исследования биологических мембран
- •Выделение и характеристика мембранных фракций
- •Исследование структурной организации мембран
- •2.2. Состав и структура биологической мембраны
- •Мембранные липиды
- •Фазовые переходы в липидном бислое
- •Мембранные белки
- •2.3. Плазматическая мембрана
- •Глава 3 основные функции клетки
- •Проницаемость и транспорт веществ в биологических мембранах
- •Методы изучения проницаемости
- •Пассивный и активный транспорт веществ через мембрану
- •Пассивный транспорт
- •Диффузия
- •Осмос и фильтрация
- •2. Активный транспорт
- •Хемиосмотическая теория Митчелла
- •Биоэлектрические явления
- •3.2.1. Физико-химические основы возникновения биопотенциалов
- •1.1. Физико-химические процессы формирования мембранного потенциала
- •1.2. Потенциал покоя
- •3.2.1.3. Потенциал действия
- •Полный цикл потенциала действия
- •Характеристика потенциала действии в нераах холоднокровных и теплокронных животных, мс
- •3.2.2. Распространение возбуждения
- •Проведение потенциалов действия (теория местных токов)
- •Ионный канал
- •Физические принципы при моделировании транспорта иона через канал
- •Поверхностный потенциал клеточной мембраны
- •Воротные механизмы в ионных каналах
- •Потенциалзависимые каналы
- •Потенциалзависимый натриевый канал
- •Сенсор Жидкая липидная мембрана
- •Потенциалзависимый калиевый канал
- •Потенциалзависимый кальциевый канал
- •Синтез ионных каналов
- •Энергообеспечение проведения возбуждения
- •Клеточная рецепция
- •Клеточная гормональная рецепция
- •Клеточная фоторецепция
- •Фотосинтез
- •Клеточная подвижность
- •Мышечное сокращение
- •Модель скользящих нитей
- •Элементарный акт мышечного сокращения
- •3.4.1.3. Рабочий цикл актомиозинового комплекса
- •Клеточные механизмы иммунитета
- •Сверхслабое свечение клеток
- •Глава 4 клеточная и мембранная патология
- •Перекисное окисление липидов
- •Гипертония
- •Сахарный диабет
- •Демиелинизация
- •Апоптоз
- •Справочный материал
Основные структуры и органеллы клетки
Экстраклеточный матрикс. Функции ЭКМ заключаются в обеспечении и поддержании формы клетки, транспорта веществ и ионов, предохранении клетки от проникновения инфекции, обеспечении клеточной адгезии в процессе морфогенеза. Основным компонентом ЭКМ является вода, содержащая комплекс различных гликопротеинов, глюкозаминогликанов, протеогликанов, а в случае костной ткани — кристаллы минералов. Наиболее распространенным гликопротеином ЭКМ является коллаген. В состав ЭКМ также входят фибринонектин (интегрин), ламинин, необходимый для развития нервной клетки, тена- скин, обеспечивающий антиадгезивное действие, эластин, необходимый для связи с гликопротеиновыми микрофибриллами, и т. д.
Плазматическая мембрана, или клеточная мембрана, — клеточная структура, выполняющая важную роль в реализации таких клеточных процессов, как эндоцитоз, экзоцитоз, клеточная адгезия, клеточное движение, межклеточные взаимодействия и передача сигнала. Плазматическая мембрана является полупроницаемым барьером, состоящим из протеинов и липидов, выполняющих активную роль в осуществлении мембранных процессов. Толщина ПМ составляет 7 — 10 нм.
Цитоплазма — высокоупорядоченная многофазная коллоидная система (гиалоплазма1) с находящимися в ней оргаиеллами, обязательная часть клетки между ПМ и ядром. Для цитоплазмы характерно постоянное движение ее коллоидных частиц и других компонентов. Она пронизана микротрубочками, филаментами и микрофиламентами, полимеризация или распад которых обеспечивает обратимые переходы участков цитоплазмы из золя в гель. Совокупность филаментов и микротрубочек составляет цитоскелет, с которым связаны изменения формы клетки и движение внутриклеточных структур.
Цитоскелет — клеточная структура цитоплазмы эукариотов, включающая микрофиламенты (5 — 7 нм), микротрубочки (24 им) и ин- термедиатные филаменты (10 нм). Это динамическая сеть, участвующая в обеспечении ряда клеточных процессов (движение клетки, поддержание формы и геометрии, внутриклеточный транспорт цитоплазмы, движение клеточных ресничек и жгутиков).
Комплекс Гольджи, называемый также аппаратом Гольджи или пластинчатым комплексом, — совокупность органелл клетки, участвующих в ряде клеточных процессов (синтез гликопротеинов, секреция, синтез и утилизация компонентов мембран и др.). Структура комплекса Гольджи консервативна для всех эукариотов и включает в себя поляризованные органеллы и цистерны, поверхности которых не идентичны мембране. Он присутствует во всех клетках эукариотических организмов (кроме эритроцитов млекопитающих). Его структурнофункциональная единица — диктосома.
Митохондрия — органелла клетки овальной формы. Число митохондрий зависит от типа клетки и максимально в активных клетках (кардиомиоцитах). Состоит из наружной и внутренней мембраны, меж- мембранного пространства, матрикса, содержащего ДНК. Основная функция митохондрий заключается в синтезе АТФ при окислении сахаров и липидов. Они содержат ферменты цикла Кребса, а также цикла окисления жирных кислот и аминокислот.
Ядро — важная клеточная структура, содержащая ядрышки и хромосомы. Окружена ядерной оболочкой, которая состоит из двух отдельных мембран — внутренней и наружной, в некоторых местах мембраны соединены друг с другом; двухмембранная ядерная оболочка пронизана порами, на краях которых наружная мембрана переходит во внутреннюю. Через поры осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Ядро содержит гранулы с ДНК и РНК и присутствует во всех эукариотических клетках.
Хлоропласт — внутриклеточная органелла растений, в которой осуществляется фотосинтез. Его длина 5 — 10 мкм, ширина 2 — 4 мкм.
Лизосома — субмикроскопическая частица (0,2 — 0,8 мкм) в цитоплазме, содержащая гидролитические ферменты. Образуется в КГ, осуществляет внутриклеточное пищеварение.
Рибосома — органелла клетки, осуществляющая биосинтез белка. Частица (диаметром около 2 нм) сложной формы. Состоит из двух — большой и малой — субъединиц, на которые может диссоциировать.
Эндоплазматический ретикулум — система мелких вакуолей и канальцев, соединешшге друг с другом, ограниченная мембраной. Толщина мембраны ЭР — 5 — 7 нм. Его производные — микротельца, а в растительной клетке — вакуоли.
Пероксисомы — небольшие вакуоли (0,3 — 1,5 мкм), связанные с мембранами ЭР. Играют важную роль в превращении жиров в углеводы. Участвуют в расщеплении перекиси водорода.