Сиситема жизнеобеспечения клетки.
Системы жизнеобеспечения любой клетки 1. Мембран. 2. Получения и превращения энергии. 3. Авторепродукции.
Функции клеточных мембран:
Барьерная – отделяют клеточное содержимое от внешней среды.
Регуляция избирательной проницаемости веществ.
Делят клетку на отсеки или компартменты, предназначенные для разных биохимических реакций.
Некоторые биохимические реакции протекают на самих мембранах.
На мембранах располагаются рецепторные участки для распознавания гормонов и др. внешних сигналов.
Химический состав мембран: Липиды (25 -60%) Белки (40 -75%) Углеводы (2 -10%).
Липиды – структурная основа мембраны Состав: Фосфолипиды Гликолипиды Холестерол Кардиолипины (только в ПМ прокариот и внутренней мембране митохондрий, участвуют в процессах окислительного фосфорилирования и переноса электронов .
Классы мембранных белков: По расположению в ПМ:
Периферические.
Полупогруженные.
Интегральные (трансмембранные).
По функции:
Ферменты. Транспортные (каналообразующие, белкипереносчики, ионные насосы). Рецепторы. Антигены.
Процессы, в которых участвуют лизосомы животной клетки. Внутриклеточное переваривание органических веществ (фаголизосомы) Аутофагия (аутолизосомы) Автолиз (первичные лизосомы) .
4.
Основу плазмалеммы, как и других мембран в клетках (например, митохондрий, пластид и т. д.), составляет слой липидов, имеющий два ряда молекул (рис. 1). Поскольку молекулы липидов полярны (один полюс у них гидрофилен, т. е. притягивается водой, а другой гидрофобен, т. е. отталкивается от воды), то и располагаются они в определенном порядке. Гидрофильные концы молекул одного слоя направлены в сторону водной среды — в цитоплазму клетки, а другого слоя — наружу от клетки — в сторону межклеточного вещества (у многоклеточных) или водной среды (у одноклеточных).
Рис. 1. Строение клеточной мембраны согласно жидкостно-мозаичной модели. Белки и гликопротеины погружены в двойной слой липидных молекул, обращенных своими гидрофильными концами (кружки) наружу, а гидрофобными (волнистые линии) — в глубь мембраны
Выделяют периферические белки (они расположены только по внутренней или наружной поверхности мембраны), интегральные (они прочно встроены в мембрану, погружены в нее, способны менять свое положение в зависимости от состояния клетки). Функции мембранных белков: рецепторная, структурная (поддерживают форму клетки), ферментативная, адгезивная, антигенная, транспортная.
Схема строения элементарной мембраны жидкостно-мозаичная: жиры составляют жидкокристаллический каркас, а белки мозаично встроены в него и могут менять свое положение.
Молекулы белков мозаично встроены в бимолекулярный слой липидов. С внешней стороны животной клетки к липидам и молекулам белков плазмалеммы присоединяются молекулы полисахаридов, образуя гликолипиды и гликопротеины.
Эта совокупность формирует слой гликокаликса. С ним связана рецепторная функция плазмалеммы (см. ниже); также в нем могут накапливаться различные вещества, используемые клеткой. Кроме того, гликокаликс усиливает механическую устойчивость плазмалеммы.
В клетках растений и грибов есть еще клеточная стенка, играющая опорную и защитную роль. У растений она состоит из целлюлозы, а у грибов — из хитина.
Схема строения элементарной мембраны жидкостно-мозаичная: жиры составляют жидкокристаллический каркас, а белки мозаично встроены в него и могут менять свое положение.
Важнейшая функция мембраны: способствует компартментации — подразделению содержимого клетки на отдельные ячейки, отличающиеся деталями химического или ферментного состава. Этим достигается высокая упорядоченность внутреннего содержимого любой эукариотической клетки. Компартментация способствует пространственному разделению процессов, протекающих в клетке. Отдельный компартмент (ячейка) представлен какой-либо мембранной органеллой (например, лизосомой) или ее частью (кристами, отграниченными внутренней мембраной митохондрий).
Другие функции:
1) барьерная (отграничение внутреннего содержимого клетки);
2) структурная (придание определенной формы клеткам в соответствии с выполняемыми функциями);
3) защитная (за счет избирательной проницаемости, рецепции и антигенности мембраны);
4) регуляторная (регуляция избирательной проницаемости для различных веществ (пассивный транспорт без затраты энергии по законам диффузии или осмоса и активный транспорт с затратой энергии путем пиноцитоза, эндо- и экзоцито-за, работы натрий-калиевого насоса, фагоцитоза)). Путем фагоцитоза поглощаются целые клетки или крупные частицы (например, вспомните питание у амеб или фагоцитоз защитными клетками крови бактерий). При пиноцитозе происходит поглощение мелких частиц или капелек жидкого вещества. Общим для обоих процессов является то, что поглощаемые вещества окружаются впячивающейся наружной мембраной с образованием вакуоли, которая затем перемещается в глубь цитоплазмы клетки. Экзоцитоз представляет собой процесс (будучи также активным транспортом), противоположный по направлению фагоцитозу и пиноцитозу (рис.13). С его помощью могут выводиться непереваренные остатки пищи у простейших либо образованные в секреторной клетке биологически активные вещества.
5) адгезивная функция (все клетки связаны между собой посредством специфических контактов (плотных и неплотных));
6) рецепторная (за счет работы периферических белков мембраны). Существуют неспецифические рецепторы, которые воспринимают несколько раздражителей (например, холодовые и тепловые терморецепторы), и специфические, которые воспринимают только один раздражитель (рецепторы световоспринимающей системы глаза);
7) электрогенная (изменение электрического потенциала поверхности клетки за счет перераспределения ионов калия и натрия (мембранный потенциал нервных клеток составляет 90 мВ));
8) антигенная: связана с гликопротеинами и полисахаридами мембраны. На поверхности каждой клетки имеются белковые молекулы, которые специфичны только для данного вида клеток. С их помощью иммунная системы способна различать свои и чужие клетки. Обмен веществ между клеткой и окружающей средой осуществляется разными способами — пассивными и активными.
5.
Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану:
Диффузия – проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации (из области высшей концентрации в область низшей). Диффузный транспорт веществ осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры (вода, ионы), либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).
Облегченная диффузия – специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану.
Активный транспорт – этот механизм сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Он осуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na+/К+ - насос в клетках животных, активно выкачивающий ионы Na наружу, поглощая при этом ионы К+.
Пассивный транспорт:
Эндоцитоз - транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую за счет впячивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров. Эндоцитоз разделяют на фагоцитоз (захват и поглощение твердых частиц) и пиноцитоз (поглощение жидкости). Путем эндоцитоза осуществляется питание гетеротрофных протистов, защитные реакции организмов (лейкрциты поглощают чужеродные частицы) и др.
Экзоцитоз– (экзо - наружу) благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Так выделяются пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.
6.
Основные компоненты ядра: ядерная оболочка, кариоплазма или ядерный сок, хромосомы – хроматин, ядрышки. Ядерная оболочкасостоит из двух мембран (наружной и внутренней), между которыми находится перинуклеалярное пространство. Наружная мембрана соединена с каналами ЭПС. Обе мембраны пронизаны порами. Через поры осуществляется транспорт веществ из ядра в цитоплазму: субчастицы рибосом, иРНК и др. Ядерная оболочка разобщает транскрипцию, протекающую в ядре, от трансляции белка в цитоплазме. Кариоплазма содержит ферменты и нуклеотиды, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот и субчастиц рибосом. В ней располагаются хроматин и ядрышки (одно или несколько) и происходит процессинг (созревание) иРНК, тРНК и рРНК. Хромосомы представляют собой комплекс, состоящий из ДНК (40%) и белков- гистонов (60%), богатых аминокислотами аргинином и лизином. Различают эухроматин (максимально деконденсированные или рыхлые участки хромосом) и гетерохроматин (всегда конденсированные участки хромосом, которые реплицируются позже, чем эухроматин). Ядрышки непостоянные структуры: они демонтрируются в начале деления клетки и вновь появляются к концу его. Химический состав: рРНК, белки и ДНК. Образуются на определенных участках хромосом – ядрышковых организаторах. В кариотипе человека ядрышкообразующие хромосомы относятся к группе D: 13, 14, 15 пары и к группе G: 21, 22 пары. В ядрышке происходит синтез рРНК и образование субчастиц рибосом.
7.