- •Тема "учение о клетке (общая цитология)"
- •I. История цитологии.
- •II. Определение понятия “клетка”.
- •IV. Методы исследования клетки.
- •V. Морфология клетки.
- •1.Общая (описательная) морфология клетки.
- •2. Основные принципы структурной организации клетки.
- •3. Схема структурной организации клетки.
- •4. Клеточная оболочка (плазматическая мембрана, плазмалемма)
- •5. Цитоплазма.
- •I. Митоз
- •III. Мейоз
- •7. Функциональные аппараты клетки.
- •Химия клетки
- •1. Вода и минеральные компоненты
- •2. Углеводы
- •3. Липиды
- •4. Пигменты
- •6. Нуклеиновые кислоты.
- •VI. Физиология клетки
- •1) Общие проявления жизнедеятельности клетки
- •1. Метаболизм
- •2. Информационные процессы в клетке
- •3. Биоэнергетика
- •2) Жизненный цикл клетки.
2. Информационные процессы в клетке
- Общая схема
ДНК
матричные синтезы
(транскрипция)
и-РНК т-РНК р-РНК
матричные синтезы
(трансляция)
белки
ферменты, сократит., ферменты, катализирующие
транспортные, рецеп- реакции нематричных синтезов
торные, скелетные и
др. белки и др.)
А1----- А2------- А3--------А4
нематричный синтез (полисахариды,
сложные липиды)
Условные обозначения:
- прямые потоки информации
- обратные потоки информации
- косвенные потоки информации
- торможение транскрипции структурных генов по принципу отрица-
тельной обратной связи
Комментарии: из приведенной схемы видно, что химическая структура веществ, синтезирующихся нематричным путем (полисахаридов, сложных липидов) также находится под генетическим контролем, однако этот контроль носит косвенный характер и опосредован соответствующими ферментами их биосинтеза
3. Биоэнергетика
1) Определение: биоэнергетика - совокупность процессов обмена энергией внутри клетки и между клеткой и окружающей средой
2) Классификация организмов по внешним источникам энергии и углерода, по способу и типу питания и по зависимости от кислорода
а) по внешним источникам энергии и углерода
-
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ИС-ТОЧ-НИКИ
УГЛЕРОДА
световая
химическая
диок-сид углерода
фотосинтетики (фототрофы)
(зеленые растения, фотосинтезирую-щие бактерии*)
хемосинтетики
(хемотрофы)
орга-нические
веще-ства
-
гетеротрофы
* - особенности бактериального фотосинтеза:
а) источником водорода является H2S
б) свободный кислород не выделяется
б) по типу питания
организмы
автотрофы гетеротрофы миксотрофы
фото- хемо- сапрофиты паразиты хищники
синтетики синтетики
в) по способу питания:
а) голозойные (поступление питательного материала осуществляется путем захвата частиц пищи)
в) голофитный (питательного материала осуществляется путем всасывания растворенных веществ)
г) по зависимости от кислорода:
организмы
аэробные анаэробные
строгие нестрогие
а) аэробные (туберкулезная палочка)
в) анаэробные:
- нестрогие (пр.: дифтерийная палочка)
- строгие (пр.: возбудители газовой гангрены, столбняка, многие почвенные бактерии)
3) Принципы извлечения и аккумулирования энергии у гетеротрофов
- сущность: постепенное разрушение молекул субстрата, сопровождающееся отщеплением е , которые переносятся по цепи окислительно-восстановительных реакций на акцептор и порциями освобождает свою энергию, которая аккумулируется в следующих формах: АТФ, водородный электрохимический потенциал (несимметричное распределение протонов на мембране), натриевый электрохимический потенциал (несимметричное распределение ионов натрия на мембране), между которыми возможны взаимопереходы
- общая схема:
- интегральная блок-схема биоэнергетики у гетеротрофов
4) Этапы биоэнергетики
1. Подготовительный:
- внутриклеточная локализация: гиалоплазма
- участники: белки, липиды, углеводы
- продукты: аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды, глицерин,
азотистые основания, нуклеозиды
- энергетический выход: освобождающаяся энергия теряется в форме теплоты
2. Бескислородный (анаэробный, брожение, неполное расщепление)
Типы (варианты):
А. Гликолиз (молочнокислое брожение)
- распространение в природе: аэробы и все анаэробы
- внутриклеточная локализация: гиалоплазма
- источник энергии: шестиуглеродный моносахарид - глюкоза
- участники: 1 глюкозы + 2АДФ + 2H3PO4 + 2НАД
- продукты: 2 молочной к-ты + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД Н (в аэробных условиях - до пировиноградной кислоты)
- баланс энергии:
= в 2М АТФ аккумулируется 20 ккал
= при окислении 1М глюкозы до трехуглеродной кислоты
(молочной или пировиноградной кислот) выделяется 50 ккал
= 30 ккал энергии теряется (рассеивается в форме теплоты)
- К.П.Д. процесса: 40%
Б. Спиртовое брожение
- распространение в природе: растения, некоторые грибы, пивные дрожжи
- внутриклеточная локализация: гиалоплазма
- источник энергии: шестиуглеродный моносахарид - глюкоза
- участники: 1 глюкозы + 2АДФ + 2 H3PO4
- продукты: 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О
- баланс энергии и К.П.Д. - такие же как и при гликолизе
3. Кислородный этап (дыхание, полное расщепление)
- распространение в природе: клетки высших животных и растений,
факультативные анаэробы
- источник энергии: трехуглеродная пировиноградная кислота
- участники: 2 пировиноградной кислоты +6О2 + 36 АДФ + 36 H3PO4
- продукты: 6СО2 + 36 АТФ + 42 Н2О
- баланс энергии:
= в 36М АТФ аккумулируется 360 ккал
= при окислении 2М пировиноградной кислоты до конечных продуктов выделяется 650 ккал
= 290 ккал энергии теряется (рассеивается в форме теплоты)
Общий баланс энергии (гликолиз + дыхание):
= в 38М АТФ (2М АТФ + 36МАТФ) аккумулируется 380 ккал
= при окислении 1М глюкозы + 1М пировиноградной кислоты выделяется 700 ккал (50 ккал + 650 ккал)
= 320 ккал энергии теряется (рассеивается в форме теплоты)
Общая схема организации кислородного этапа биоэнергетики представлена на рис.
Суммарный К.П.Д. (гликолиз + дыхание): 55%
5) Механизмы регуляции биоэнергетики
- как бы сложны и многообразны ни были регуляторные механизмы био-
энергетики, в конечном счете они направлены на обеспечение соответствия уровня продукции макрэргических веществ митохондриями и уровня их потребления различными внутриклеточными системами; очевидно, что при этом концентрация АТФ в цитоплазме будет поддерживаться на относительно постоянном уровне
- регуляция внутриклеточной концентрации АТФ осуществляется по принципам отрицательной и положительной обратных связей; ключевую роль в этом регуляторном механизме играют аллостерические ферменты биоэнергетики – ферменты, для которых регуляторным агентом является АТФ: при недостатке АТФ в клетке происходит их активация, при избытке – угнетение.
Наряду с главной функцией - аккумулированием энергии - клеточное дыхание выполняет также некоторые другие жизненно важные функции:
1) выработка тепла; достигается путем разобщения окисления и фосфорилирования АДФ; данный процесс выражен в наибольшей степени в клетках бурого жира и скелетных мышечных волокнах
2) образование активных форм кислорода (супероксида, перекиси водорода, гидроксильного радикала и др.), являющихся обязательными участниками многих метаболических реакций (в первую очередь, окислительно-восстановительных); кроме того, им принадлежит важная роль в механизме запрограммированной смерти клетки (апоптоза)
3) биосинтез некоторых биологически активных веществ, в частности, стероидных гормонов (путем включения атомов кислорода в молекулу холестерина)
4) нейтрализация токсичных продуктов (чужеродных или образовавшихся в процессе метаболических реакций, как например, молочная кислота в избыточном количестве) путем их окисления
5) поддержание концентрации кислорода (который, как известно, является сильным неспецифическим окислителем) в тканях на минимально необходимом уровне путем включения особой дыхательной цепи митохондрий, которая безопасным путем (без образования свободных радикалов) утилизирует избыток кислорода (но при этом не происходит запасания энергии)