2. Структура клетки и биохимическая характеристика отдельных субклеточных компонентов.

Клетки являются обязательными структурными элементами всех известных живых организмов. Клетки необычайно разнообразны по своим размерам, форме, внутренней структуре и функции. Огромное разнообразие клеток существует в виде одноклеточных организмов. В многоклеточных организмах клетки специализированы: следовательно, большое число различных типов клеток может существовать внутри одного организма. В организме человека число типов превышает двухсот.Многоклеточные организмы зарождаются из единственной клетки, обычно из оплодотворенного яйца. Дальнейшее развитие организма происходит путем ряда делений, сопровождающихся последовательным изменением клеток от поколения к поколению, приводящим к высокоспециализированным клеткам. Этот процесс известен как клеточная дифференцировка.Рост и развитие организма осуществляется за счет клеточного деления. Информация, необходимая как для получения двух дочерних клеток, идентичных материнской, так и запрограммированных изменений в процессе дифференцировки, поставляется молекулами ДНК. Обязательным процессом, происходящим при клеточном делении, является репликация (удвоение) ДНК. Во время жизненного цикла клетки возможно повреждение ДНК. Реставрация поврежденных ДНК осуществляется в процессе репарации.Для синтеза биополимеров (белков, РНК, ДНК) необходимо наличие в клетке достаточного количества соответствующих мономеров. Химические реакции распада «отработавших» полимеров, и синтеза мономеров, а из них новых полимеров составляют метаболизм клетки.Синтез полимеров требует притока энергии. Клетка может использовать только свободную энергию, запасенную в виде химической энергии высокоэнергетических связей. Во всех живых организмах такими связями являются Р–О–Р-связи остатка трифосфорной кислоты аденозинтрифосфата (ATP). При гидролизе АТР до аденозиндифосфата (ADP) или аденозинмонофосфара (AMP) высвобождается энергия, которая и обеспечивает протекание всех энергетически невыгодных процессов в клетке.Очевидно, что для нормальной жизнедеятельности клетки необходимо постоянно восполнять потерю АТР. Это происходит в энергетических системах клетки. Зеленые растения непосредственно используют для фосфорилирования ADP энергию солнечного света. Весь процесс называется фотосинтезом, а превращение ADP в АТР — фотосинтетическим фосфорилированием.Огромное число живых организмов не обладает системой для фотосинтеза, а в качестве источника энергии используют окисление органических соединений (преимущественно глюкозы и жирных кислот) кислородом воздуха. В этом случае процесс называют окислительным фосфорилированием.Все типы живых клеток делят на два основных класса: прокатиотические и эукариотические. Наиболее замечательная особенность последних заключается в наличии специальной внутриклеточной структуры — ядра, которое содержит преобладающую часть ДНК. Ядро отделено от внутреннего содержимого клетки — цитоплазмы — ядерной мембраной. В ядре эукариотической клетки ДНК существует в виде хромосом, состоящих из ДНК и специальных белков — гистонов. В более примитивных прокариотических клетках ДНК не выделяется специальной мембраной.Клетка как химический реактор

Живая клетка является своеобразным химическим реактором, в котором протекает одновременно более тысячи химических реакций. Большинство процессов представляют собой цепи последовательных реакций, включающие от 2 до 20 стадий. Кроме того, компоненты отдельных процессов или условия их протекания порой несовместимы между собой. Очевидно, что возможность жизнедеятельности клетки невозможна без строгой организации всех этих процессов и разделения в пространстве несовместимых процессов. Организация процессов метаболизма включает образование сложных надмолекулярных структур, состоящих из нескольких белков, а порой и нуклеиновых кислот, которые обеспечивают протекание сложных метаболических процессов (например, рибосомы синтезирующие белки), часть процессов протекает не в цитоплазме, а в ферментных структурах, прикрепленных к внутренней мембране, наконец, для процессов, несовместимых с цитоплазматическими, в клетке существуют как-бы маленькие клеточки, отделенные от цитоплазмы собственной мембраной. К таким образованиям, кроме упомянутого выше ядра относятся лизосомы, митохондрии и ряд других. Такое явление разделения в пространстве отдельных метаболических процессов называют компартментализацией.