5 Вопрос.

Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы В состав организмов обязательно входят 16 важнейших элементов: C, O, N, H, P, S, Fe, Cu, Na, K, Ca, Mg, Co, Cl, I, Mn По процентному содержанию в клетке химические элементы делятся на три группы: макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Макроэлементы в сумме составляют порядка 98% всех элементов клетки и входят в состав жизненно важных биологических веществ. К ним относят углерод (>60%), кислород ( 20%), азот ( ~ 10%), водород ( ~ 8%). К микроэлементам принадлежит восемь элементов, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента и в сумме составляет менее 2 — 3%. Это магний, натрий, кальций, железо, калий, сера, фосфор, хлор. К группе ультрамикроэлементов относят цинк, медь, йод, фтор, марганец, кобальт, кремний и другие элементы, содержащиеся в клетке в исключительно малых количествах (суммарное содержание порядка 0,1%). Несмотря на низкое содержание в живых организмах, микро- и ультрамикроэлементы играют чрезвычайно важную роль: они входят в состав различных ферментов, гормонов, витаминов и обусловливают тем самым нормальное развитие и функционирование структур клетки и организма в целом. Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов или компонентов молекул неорганических и органических веществ.

Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительно важное значение для живых организмов. Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул. Из-за высокой полярности молекул вода является лучшим из известных растворителей. Вещества, хорошо растворимые в воде, называют гидрофильными. К ним относят многие кристаллические соли, ряд органических веществ — спирты, сахара, некоторые белки (например, альбумины, гистоны). Вещества, плохо или вовсе не растворимые в воде, называют гидрофобными. Последние представлены жирами, нуклеиновыми кислотами, некоторыми белками (глобулины, фибриллярные белки). Высокая теплоемкость воды, т.е. способность поглощать теплоту при минимальном изменении собственной температуры, делает ее идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма при изменении температуры окружающей среды. Вода обладает высокой теплопроводностью, обеспечивая возможность равномерного распределения теплоты между тканями организма. Вода является дисперсионной средой, играющей важную роль в коллоидной системе цитоплазмы, определяет структуру и функциональную активность многих макромолекул, служит основной средой для протекания химических реакций и непосредственным участником реакций синтеза и расщепления органических веществ, обеспечивает транспортировку веществ в клетке и организме. Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление и определяя объем и упругость клеток и тканей.

6,7,8 Вопрос.

Важным структурным компонентом клеток является элементарная мембрана. Все биологические мембраны, включая плазматическую мембрану и внутренние мембраны эукариотических клеток, имеют общие структурные особенности: они состоят из липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий. Благодаря этим взаимодействиям поддерживается структурная целостность мембран.Однако сами по себе клеточные мембраны являются подвижными, «текучими» структурами и большинство входящих в их состав молекул способны перемещаться в плоскости мембраны. Липидные молекулы образуют непрерывный двойной слой толщиной около 4–5 нм.

В клеточной мембране присутствуют липиды трех типов: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. Все они представляют собой амфипатические молекулы, т.е. у них есть гидрофильный и гидрофобный концы. Наиболее распространенный тип липидов – фосфолипиды, которые являются сложными эфирами глицерина и жирных кислот (состав: остатки жирных кислот, глицерин, остаток фосфорной кислоты, остаток функционально-замещенного спирта). Фосфолипиды представлены глицеро- и сфингофосфолипидами.

Молекула фосфолипида имеет полярную голову и два гидрофобных углеводородных хвоста. В водной среде фосфолипиды спонтанно образуют замкнутые бимолекулярные слои так, чтобы их гидрофобные хвосты были спрятаны от молекул воды, а гидрофильные головки оказались в контакте с молекулами воды. Агрегация такого типа осуществляется двумя способами: либо путем образования сферических мицелл, с хвостами, обращенными внутрь, либо путем формирования бимолекулярных пленок, или бислоев, в которых гидрофобные хвосты располагаются между двумя слоями гидрофильных голов.

Липидные бислои имеют тенденцию к замыканию самих на себя, что приводит к формированию закрытых отсеков (компартментов), заполненных изнутри водой.

Липидный бислой служит растворителем для различных гидрофобных компонентов клетки и белков. Мембранные белки различаются по характеру связи с мембранными структурами. Одни белки, называемые внешними, или периферическими, непрочно связаны с поверхностью мембраны; другие, называемые внутренними, или интегральными,- погружены внутрь мембраны и даже могут пронизывать ее насквозь. Периферические белки обычно легко экстрагируются из мембран (при изменении рН, обработке раствором солей - NaCl), тогда как интегральные белки могут быть выделены только в результате ее разрушения (при обработке мембраны ПАВ, органическими растворителями или ультразвуком).

Элементарные мембраны – подвижные структуры. Липидные молекулы постоянно перемещаются в пределах одного монослоя, что приводит к быстрой латеральной диффузии (скорость составляет около 10- 8 см 2 /с). В то же время липидные молекулы чрезвычайно редко перескакивают из одного монослоя мембраны в другой («флип-флоп» перескоки).

Мембраны асимметричны; оба их слоя различаются по липидному и белковому составу, что отражает, по-видимому, функциональные различия их поверхностей. Белки, связанные с мембранами, могут выполнять несколько функций (транспортные, каталитические, структурные, рецепторные). Одни мембранные белки обеспечивают транспорт молекул внутрь клетки или из нее, другие являются ферментами и катализируют ассоциированные с мембраной реакции. Еще один класс белков осуществляет структурную связь плазматической мембраны с цитоскелетом, с одной стороны, и(или) с внеклеточным матриксом либо с соседней клеткой - с другой. Отдельную группу составляют белки, выполняющие роль рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды.

Элементарные мембраны в клетках играют важную роль:

1.Биомембраны, являясь средой для функционирования гидрофобных белков, могут выполнять роль связывающего агента, обеспечивающего пространственное сближение функционально связанных белков.

2.Мембраны осуществляют контроль за внутренним содержимым полости.

3.Биомембраныосуществляют компартментацию объемаэукариотической клетки — подразделения на «ячейки», отличающиеся деталями химического (ферментного) состава. Компартментация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой (лизосома) или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной митохондрии). Благодаря компартментации клеточного объема в эукариотической клетке наблюдается разделение функций между различными структурами. Одновременно различные структуры закономерно взаимодействуют друг с другом.

4.Биомембраны участвуют в аккумулировании энергии в виде трансмембранного электрохимического потенциала.

5.Мембраны с помощью рецепторов осуществляют контроль за изменением условий среды и передают информацию внутрь клетки