Понятие об открытых системах клетки

Название работы: КЛЕТКА КАК ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА

Предметная область: Биология и генетика

Описание: Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Так же энергия необходима для осуществления большинства функций клетки. Различают: Анаболизм ассимиляция эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку веществ веществам самой клетки.

Билет № 14 КЛЕТКА КАК ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА

Главным условием жизни как клетки, так и организма является обмен веществ и энергией с окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Так же энергия необходима для осуществления большинства функций клетки. Источником энергии в большенстве случаев является расщепление органических веществ в клетке.

Метаболизм – совокупность химических реакций в клетках (организме), заключающихся в синтезе и распаде сложных молекул с образованием промежуточных продуктов (метаболитов). Различают:

Анаболизм (ассимиляция ) – эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку веществ веществам самой клетки. Важным моментом служит синтез белков и нуклеиновых кислот. Частным случаем является фотосинтез.

Катаболизм ( диссимиляция) – экзотермический процесс, при котором происходит распад веществ с освобождением энергии. Этот распад осуществляется в результате приваривания и дыхания.

Этапы метаболизма : Энергетический обмен или диссимиляция представляет собой совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающейся выделением энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в 2-3 этапа. У аэробных в 3 этапа: 1) Подготовительный 2) безкислородный 3) кислородный. У анаэроюных в два этапа. 1) Подготовительный. Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые (белки — аминокислоты, жиры — глицерин + жирные кислоты, полисахариды — моносахариды и т.д.) Распад этих сложных субстрактов осуществляется на различных уровнях желудочно-кишечного тракта. Внутреклеточное расщепление органических веществ происходит под действием ферментов лизосом. Высвобождающая при этом энергия рассеивается в виде теплоты, а образовавщиеся малые молекулы могут подвергаться дальнейшему расщеплению или использоватся как строительный материал. 2) Бескислородный. Осуществляется непосредственно в цитоплазме клетки. В присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главными источниками энергии в клетке является глюкоза. Безкислородное неполное расщепление глюкозы называется гликолизом. Это многоступенчатый ферментативный процесс превращения 6 углеродной глюкозы в молекулы пировиноградной кислоты. C6H12O6 — 2C3H4O3. В ходе р-ции гликолиза выделяется большое количество энергии (200 кДж/моль). 60% рассеивается в виде теплоты, 40% идет на синтез АТФ. В результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуется: 2 молекулы ПВК, 2 АТФ и 2 воды, а также атомы водорода, которые запасаются клеткой в форме НАДФ. C6H12O6 +2АДФ + 2Ф+2НАД — 2C3H4O3+2АТФ+2Н2О +2НАДФ*Н. 3) Полное окисление. Полное окисление проходит на внутренней мембране митохондрий и в матриксе под действием многочисленных ферментов крист. Полное окисление состоит из 3 стадий: 1) окислительное декарбоксилирование ПВК, 2) цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса), 3) заключительный этап — электротранспортная цепь. 1) ПВК поступает в митохондрию, где она полностью окисляется аэробным путем. Сначала происходит окислеине ПВК, т.е. отщепление СО2 с одновременным окислением путем дегидрирования. Во время этих реакций ПВК соединяется с в-вом которое называют коферментом А. Затем образуется ацетилкофермент А, который за счет выделившецся энергии вовлекается в цикл трикарбоновых кислот. 2) Назван в честь открывшего его английского ученого Ганса Кребса. Он представляет из себя последовательность реакции в ходе которых из одной молекулы S KoA образуется 2 молекулы CO2, молекула АТФ, 4 пары атомов водорода, которые передаются на молекулы переносчики. 3) Белки переносчики транспортируют атомы водорода к внутренней мембране митохондрий, где передают их по цепи встроенных в мембрану белков. Затем водород соединяется с CO2. В результате образуется вода. Кислород создает разность потенциалов в мембране. При этом энергия ионов водорода используется для превращения АДФ в АТФ.

Процесс поступления веществ в клетку называется эндоцитозом. Различают пиноцитоз и фагоцитоз .

Фагоцитоз (греч. фаго – пожирать) – поглощение клеткой твердых органических веществ . Оказавшись около клетки, твердая частица окружается выростами мембраны, или под ней образуется впячивание мембраны. В результате частица оказывается заключенной в мембранный пузырек внутри клетки. Такой пузырек называют фагосомой. Термин «фагоцитоз» был предложен И.И. Мечниковым в 1882 г. Фагоцитоз свойствен простейшим, кишечнополостным, лейкоцитам, а также клеткам капилляров костного мозга, селезенки, печени, надпочечников.

Второй способ поступления веществ в клетку называют пиноцитозом (греч. пино – пью) – это процесс поглощения клеткой мелких капель жидкости с растворенными в ней высокомолекулярными веществами. Осуществляется путем захвата этих капель выростами цитоплазмы. Захваченные капли погружаются в цитоплазму и там усваиваются. Явление пиноцитоза свойственно животным клеткам и одноклеточным простейшим.

Еще один способ поступления веществ в клетку – осмос – прохождение воды через избирательно проницаемую мембрану клетки. Вода переходит из менее концентрированного раствора в более концентрированный. Вещества могут также проходить через мембрану путем диффузии – так транспортируются вещества, способные растворяться в липидах (простые и сложные эфиры, жирные кислоты и т.д.). Путем диффузии по градиенту концентрации по специальным каналам мембраны идут некоторые ионы (например, ион калия выходит из клетки).

Кроме того, транспорт веществ через мембрану осуществляет натрий-калиевый насос: он перемещает ионы натрия из клетки и ионы калия в клетку против градиента концентраций с затратой энергии АТФ.

Фагоцитоз, пиноцитоз и натрий-калиевый насос – это примеры активного транспорта, а осмос и диффузия – пассивного транспорта.

Белки — обязательная составная часть клетки. Они осуществляют обмен веществ и энергетические превращения. Белки входят в состав клеточных структур — органелл, секретируются во внеклеточное пространство для обмена сигналами между клетками, гидролиза пищи и образования межклеточного вещества. Катализ различных химических реакций. Структурные белки цитоскелета, как своего рода арматура, придают форму клеткам и многим органоидам и участвуют в изменении формы клеток. Защитная функция (коллаген, связывание токсинов, иммунная защита- входят в состав крови). Транспортная, запасная, моторная функции.

Липиды – жиры, жироподобные вещества. Структурная функция(построение мембран клеток), Энергетческая( вырабатывают 30% всей энергии), Запасная ( запас пит.веществ в виде жировой клетчатки- термоизоляция), Регуляторная функция.

Углеводы (полисахариды) – источники энергии для клеток. Энергетическая функция, структурная ( входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований, у растений-опорная ф-ция), Запас пит. Вещ-в( накапливаются в виде крахмала у растений и гликогена у животных), защитная ( все секреты состоят из углеводов).

Вода – основное средство для перемещения веществ в клетке (организме), служит смазочным материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности. Составляет большую часть массы тела.

Элементарные эволюционные факторы:

1. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ — свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена в-в и индивид. развития в целом. Обеспечивается самовоспроизведением материальных единиц Н. — генов, локализованных в специфич. структурах ядра клетки (хромосомах) и цитоплазмы. Вместе с изменчивостью Н. обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы.

2. ИЗМЕНЧИВОСТЬ — разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. Присуща всем живым организмам. Различают Изменчивость: наследств. и ненаследств. ; индивидуальную и групповую, качеств. и количеств., направленную и ненаправленную. Наследств. изменчивость обусловлена возникновением мутаций, ненаследств. — воздействием факторов внеш. среды. Явления наследственности и изменчивости лежат в основе эволюции.

3. БОРЬБА ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ — одно из осн. понятий в теории эволюции Ч. Дарвина, которое он употреблял для обозначения отношений между организмами, а также между организмами и абиотич. условиями, приводящих к гибели менее приспособленных и выживанию наиболее приспособленных особей, т.е. к естеств. отбору. Сложность проблемы и метафорич. характер термина породили его различ. толкования и даже исключение этого понятия из эволюц. биологии нек-рыми совр. дарвинистами. Делались попытки учение о борьбе за сущ. переносить на человеческое об-во (социальный дарвинизм) .

4. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР — процесс выживания и воспроизведения организмов, наиб. приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных. Е. О. — следствие борьбы за существование; обусловливает, относит. целесообразность строения и функций организмов; творч. роль Е. О. выражается в преобразовании популяций, приводящем к появлению новых видов. Е. О. как осн. движущий фактор ист. развития живой природы открыт Ч. Дарвином.

5. ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ (адаптация, целесообразность) ее столько много (строение тела, окраска, поведение, забота о потомстве и т.д.) , что практически изучить не возможно, до Дарвина эту проблему решали с позиции креацинизма, изначальна и неизменна.

6. ПОПУЛЯЦИОННЫЕ ВОЛНЫ (волны жизни) — периодические или непериодические колебания численности видов всех живых организмов, как правило, действует избирательно, случайно уничтожают особи, благодаря чему редкий генотип может сделаться обычным, и подхвачен Е. О.

7. ИЗОЛЯЦИЯ, возникновение барьеров, препятствующих свободному скрещиванию организмов; одна из причин разобщения и углубления различий между близкими формами и образования новых видов.

Географическая изоляция — это пространственная, территориальная, климатическая изоляция, возникающая вследствие прекращения миграции (потока генов) и панмиксии географическими преградами. В качестве географических преград могут выступать океанические и морские проливы, реки для сухопутных организмов и суша — для водных.

Биологическая изоляция — это биологические барьеры межпопуляционному скрещиванию. Известны два механизма репродуктивной изоляции: презиготические и постзиготические. Презиготические механизмы препятствуют скрещиванию индивидов различных популяций и тем самым исключают возможность появления гибридного потомства. В презиготической изоляции выделяют следующие формы:

Экологическая изоляция — изоляция вследствие экологического разобщения. Популяции живут на общей территории, но в различных местах обитания и поэтому друг с другом не встречаются. В горах обычны два вида традесканции: один на скалистых вершинах, другой — в тенистых лесах.

Временная изоляция — изоляция вследствие разновременности половой активности или цветения. Максимум кладок серебристой чайки приходится на последнюю треть апреля, а у восточной клуши — не раньше середины мая.

Этологическая изоляция — неспаривание вследствие различий в сексуальном поведении (в ухаживании, пении, танцах, свечении, демонстрациях). Брачная окраска, поведение и сигналы самцов воспринимаются только самками того же вида. У млекопитающих важную роль играют химические сигналы.

Механическая изоляция — безрезультатность спаривания вследствие разного строения половых органов. Межвидовые спаривания у дрозофилы приводят к травмам и даже к смерти партнеров. Шалфеи различаются строением цветка и поэтому опыляются разными видами пчел.

Гаметическая изоляция — отсутствие таксиса между гаметами или же гибель микрогамет в половых путях самки или в рыльцах цветков. Постзиготическая репродуктивная изоляция возникает вследствие:

А)нежизнеспособность гибридов: зигота развивается в гибрид, обладающий пониженной жизнеспособностью (гибнет зародыш на разных стадиях развития, гибнет молодой организм, гибрид не достигает половой зрелости);

Б)стерильность гибридов: гибриды жизнеспособны, но они не образуют полноценных гамет;

В)вырождение гибридов — разрушение гибридов: гибриды дают потомков, жизнеспособность и плодовитость которых понижена.

У растений репродуктивная изоляция заключается в следующем:

1)Пыльца другого вида не прорастает на рыльцах цветков другого вида.

2)Пыльца прорастает, но пыльцевые трубки растут медленно.

3)Оплодотворение происходит, но зародыш гибнет на разных стадиях эмбриогенеза и жизнеспособное семя не образуется.

4)Пыльники у гибридов недоразвиты, либо они не открываются.

5)Происходит нарушение мейоза при образовании гамет. Значение изоляции : нарушает панмиксию, усиливает в изолятах инбридинг, закрепляет генотипическую дифференцировку, усиливает генотипическую дифференцировку, ведет к формированию нескольких популяций из одной исходной.

8. МУТАЦИИ, возникающие естественно или вызываемые искусственно изменения наследств. свойств организма в результате перестроек и нарушений в генетич. материале организма — хромосомах и генах. М. — основа наследств. изменчивости в живой природе.

9. ДРЕЙФ ГЕНОВ (дрейф-движение) — явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами. Если численность резко идет на убыль (наводнение, пожар и т.д.) остается несколько особей (биолог. св-ва не имеют никаких значений) в дальнейшем эта популяция (пережив катастрофы) и определит генетич. структуру новой популяции, при этом некоторые бывшие мутации исчезнут, а другие мутации возникнут.

Миграции означают переселение . Миграции широко распространены среди животных всего земного шара и представляют собой интересное приспособление к перенесению неблагоприятных условий, которые иногда возникают в природе.

У животных существуют периодические миграции , их еще называют выселением . К ним относят такие, которые представляют собой массовый уход животных из мест размножения без последующего возвращения на места прежнего обитания ( ухудшением жизненных условий, а также бескормицей, лесными и степными пожарами, сильными засухами, наводнениями)

Инвазии – перемещения животных за пределы своей родины. Такие перемещения отличаются от истинных миграций своей нерегулярностью и большими интервалами между последовательными инвазиями. Инвазия подобна предохранительному клапану, срабатывающему при избыточной плотности населения. Типичным примером этих миграций является переселение белок. Они (миграции) возникают быстро в ответ на появившиеся неблагоприятные условия. Миграции начинаются в июле-августе, когда белки начинают питаться семенами и орехами свежего урожая и обнаруживают их недостаток.

Сезонные миграции звери совершают ежегодно и в определенное время года. Эти миграции являются регулярными и обратимыми. Животные, покидая места своего размножения, при наступлении благоприятных условий вновь возвращаются в эти же места. Четко проявляются в местах с резкой сменой условий обитания от зимы к лету, в местах с суровой зимой и жарким, засушливым летом. Сезонные миграции в свою очередь подразделяются на горизонтальные и вертикальные.

Под горизонтальными миграциями подразумеваются такие, когда звери переселяются с одного места на другое, меняя экологические условия в пределах типичного для них ландшафта. Такие миграции свойственны для северного оленя, котиков и других зверей. Под вертикальными миграциями понимают такие, когда звери в один и тот же сезон года находят для себя весной лучшие условия в высокогорных районах на альпийских лугах, а осенью опускаются на предгорные пастбища.

Известны среди зверей и суточные миграции – это переход животных от мест дневных лежек к местам водопоев, солонцев и кормежек. Суточные миграции свойственны для зайцев, оленей и других зверей.

В противоположность активным миграциям среди животных наблюдаются и пассивные , т. е. такие, когда животные удаляются от мест размножения и обычного обитания с помощью льдов или течения воды. Немалую роль в пассивных миграциях играют разные виды транспорта . Особенно характерно расселение через транспортные средства мышевидных грызунов. В результате пассивных миграций были расселены почти по всему свету домовые животные .

Читайте также:  Постинор когда пить первую таблетку

Класс: Mastigophora ( Жгутиковые)

Отряд: Haemosporidia ( Гемоспоридии)

Вид: P . vivax ( Возбудитель трехдневной малярии)

P . ovale ( Малярия типа 3х дневной)

P . falciparum (Возбудитель тропической малярии)

P . malaria ( Возбудитель 4х дневной малярии)

Морфология : Отсутствие клеточной стенки у плазмодия создает условия для фагоцитоза и пиноцитоза (и, следовательно, внутриклеточного пищеварения). Способ движения аналогичен способу передвижения некоторых саркодовых. Из плазмодия миксомицетов выделен сократительный белок актин, участвующий в организации движения.

Ж.Ц.: Промежуточный хозяин- человек, основной хозяин – самки малярийных комаров.

Заражение человека происходит при укусе самкой комара p . Anopheles , которая вместе со слюной вводит в кровь спорозоиты малярийного плазмодия. Током крови спорозоиты заносятся в клетки печени, селезенки, эндотелий кровеносных капилляров, где превращаются в тканевые шизонты . Шизонты растут и через 5-16 дней проходит их множественное деление ( шизогония) и образуются тканевые мерозоиты . Все эти стадии развития в организме человека называют тканевой (предэритроцитарной) шизогонией, соответсвующей инкубационному периоду болезни.

Тканевые мерозоиты разрушают клетки, поступают в кровь и внедряются в эритроциты. Начинается цикл эритроцитарной шизогонии . Мерозоит, проникший в эритроцит называется эритроцитарным (кровяным) шизонтом . Через 2-3 часа после внедрения в центре шизонта образуется вакуоль, оттесняющая к переферии цитоплазму и ядро. Шизонт приобретает форму перстня и называется кольцевидным . Питаясь гемоглобином эритроцитов, шизонты растут, образуют псевдоподии и превращаются в амебовидные шизонты . Они продолжают питаться, расти, вытягивают ложноножки, округляются, их ядро многократно делится (на 6-24 части) и вокруг ядер обособляются участки итоплазмы. Такая стадия называется морулой . Образовавшиеся в результате эритроцитарной шизогонии клетки называются кровяными мерозоитами . Оболочка эритроцита разрушается и в плазму крови выходят мерозоиты и продукты их обмена. Этот процесс называется меруляцией . В это время у больного человека начинается приступ малярии. Часть кровяных мерозоитов вновь проникает в эритроциты и повторяет весь цикл эритроцитарной шизогонии, который может проходить многократно. Продолжительность эритроцитарной шизогонии составляет 48-72 часа в зависимости от вида плазмодия. Другая часть мерозоитов, попав в эритроциты, превращается в незрелые половые клетки – гамонты (микро- и макрогаметоциты ), дальнейшее развитие которых (гаметогония) может происходить только в теле комара.

При питании кровью больного человека, микро- и макрогаметоциты попадают в желудок самки малярийного комара, где они созревают и превращаются в зрелые половые клетки – микро- и макрогаметы . Далее происходит их слияние с образованием подвижной зиоты (оокинеты ). Она активно внедряется в стенку желудка, проникает на его наружную поверхность, покрывается защитной оболочкой и превращается в ооцисту. Ооциста увеличивается в размерах, содержимое ее многократно делится, в результате чего образуется большое количество (до 10 000) лентовидных спорозоитов . Процесс их образования называется спорогонией. Оболочка созревшей ооцисты разрывается, спорозоиты попадают в полость тела комара и гемолимфой разносятся во все органы, скапливаясь преимущественно в слюнных железах. При укусе такими самкам здоровых людей происходит их заражение малярией (трансмиссионный путь). Заражение малярией возможно также при переливании крови и трансплацентарно. В этом случае инвазионной стадией для человека являлется эритроцитарный шизонт, потому такая малярия называется шизонтной.

Разрушаются клетки крови и печени. Идет отравление организма п/ж. Паразит питается за счет хозяина , поглащая гемоглобин, нарушая при этом все обменные процессы.

Симптомы: Чередующиеся приступы лихорадки. Приступ длится 6-12 часов, в нем можно выделить 3 фазы: озноб 0,5-3 часа, жар 40-41С, пот. При выделении пота самочуствие улудшается. При 3хдневной приступы повторяются через 48 часов, при четырехдневной- через 72 часа (зависит от продолжительности эритроцитарной шизогонии). Наблюдается увеличение ечени, селезенки (здесь разрушаются пораженные эритроциты).Анемия(малокровие), слабость, бледность кожи, головокружение, снижение АД. Вызывает осложнения только тропическая малярия(98% лет.исх.). Убольных может развиться осложнения: малярийная кома, острая почечная недостаточность. Эритроцитарная шизогония проходит не в сосудах, а в капиллярах внутренних органов , чаще в головном мозгу.

Диагностика :Обнаружение паразитов в крови, взятой во время приступа или же сразу же после него. Для определния видов малярии сотрят на следующие признаки:

  1. У P . vivax выражена стадия амебовидного шизонта (неправильной формы)
  2. Эритроциты, пораженные P . ovale , увеличены и имеют неправильную форму с разорванными бахромчатыми краями.
  3. Для P . Falciparum характерна стадия полулунного гамонта
  4. Для P . malaria характерна стадия лентовидного шизонта.

Дли диагностики также используют иммунологические методы: определение антител в сыворотки крови больных.

Профилактика : личная – защита от укусов комаров и химиопрофилактика. Общественная – выявление и лечение больных и паразитоносителей, уничножение переносчиков – комаров p . Anopheles , санитарно-просветительская работа.

источник

Клетка является элементарной живой системой. На уровне клетки проявляются большинство основных свойств живой материи — обмен веществ и энергии, рост, развитие, раздражение, самовоспроизведение. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональ ными особенностями. Так, например, выделенные актин-миозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки активно «работают» многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биологически молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок; в настоящее время разработаны неклеточные системы ферментативного синтеза нуклеиновых кислот и т. д. Можно ли считать все эти отдельно взятые, внутриклеточные компоненты живыми? Вероятно, нет, потому что они обладают только определенным свойством живого, а не всем комплексом таких характеристик. Только клетка является наименьшей единицей, обладающей всеми, вместе взятыми, свойствами, отвечающими определению «живое».

Клетка является открытой системой, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой.

Клетка не только единица строения, но и единица функционирования. Все ее системы взаимосвязаны и функционируют как единое целое.

Гетеротрофные клетки получают углеводы извне, а автотрофные клетки сами создают их путем фотосинтеза (из СО2 и Н2О, которые поступают из окружающей среды) или хемосинтеза. Большая часть углеводов расщепляется с целью высвобождения энергии. Получаемая энергия связывается в форме АТФ. Энергию АТФ клетка использует на различные жизненные процессы — синтез, выделение веществ, движение и т. д. Глюкоза и другие углеводы используются также для биосинтеза полисахаридов, которые в форме гликолипидов и гликопротеинов включаются в гликокаликс (у животных), в форме гемицеллюлозы и пектиновых веществ — в клеточную стенку растений, в форме хитина — в клеточную стенку грибов. Целлюлоза оболочек растительных клеток синтезируется на плазмалемме или в самой клеточной стенке. Автотрофные зеленые клетки передают большую часть синтезируемых ими углеводов незеленым гетеротрофным клеткам, в основном, в виде сахарозы.

Растительные клетки сами синтезируют большую часть аминокислот, входящих в состав белков. Синтез некоторых аминокислот может осуществляться ими в хлоропластах, в митохондриях и цитоплазме. Животные клетки синтезируют лишь некоторые аминокислоты (заменимые), часть аминокислот (незаменимые), животные клетки получают из окружающей среды; для этого они поглощают белки, в основном путем эндоцитоза и расщепляют их затем с помощью ферментов лизосом до аминокислот.

Белки, в том числе и ферменты, синтезируются на рибосомах с участием иРНК и тРНК. Этот синтез идет, главным образом, в цитоплазме, а также в хлоропластах и митохондриях. Из цитоплазмы белки переходят в клеточное ядро (гистоновые и негистоновые белки хромосом, белки субъединиц рибосом и др.), в митохондрии и хлоропласты.

На рибосомах, связанных с ЭПС, синтезируются резервные и экспортные белки, которые при участии комплекса Гольджи путем экзоцитоза покидают клетку.

Все эти и другие процессы осуществляются путем реализации генетической информации, которая сосредоточена в молекулах ДНК ядра, пластид и митохондрий. В названных органеллах происходит репликация ДНК — необходимая предпосылка их идентичного деления и клетки в целом, а также транскрипция, обеспечивающая появление различных видов РНК. На рибосомах при участии всех типов РНК осуществляется трансляция — конечный этап реализации генетической информации или синтез белков. Посредством белков регулируются синтез и расщепление веществ в клетке, синтез АТФ, клеточный рост, подготовка и осуществление деления клетки, и другие процессы

Таким образом, клетка является открытой биологической системой, наименьшей единицей жизни — единицей строения функционирования, размножения организмов и их взаимосвязи с окружающей средой.

источник

Клетка как открытая система. Организация потоков вещества, энергии и информации в клетке. Специализация и интеграция клеток многоклеточного организма

Клетка — открытая система, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Жизнедеятельность клетки обеспечивается процессами, образующими три потока: информации, энергии веществ.

Благодаря наличию потока информации клетка приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, передает в ряду поколений. В этом потоке участвуют ядро, макро молекулы, переносящие информацию в цитоплазму (мРНК), цитоплазматический аппарат транскрипции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты активации аминокислот). Позже полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуру, и используется в качестве катализаторов или структурных белков. Также функционируют геномы митохондрий, а в зеленых растениях — и хлоропластов.

Поток энергии обеспечивается механизмами энергообеспечения — брожением, фото — или хемосинтезом, дыханием. Дыхательный обмен включает реакции расщепления низкокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Энергия АТФ в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы — химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ),электрическую, механическую, регуляторную. Анаэробный гликолиз— процесс бескилородного расщепления глюкозы. Фотосинтез— механизм преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ.

Дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ,объединяющего метаболические пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот.

Биологически активные вещества — гормоны, ферменты, адреналин, серотонин и т. д.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10168 — | 7212 — или читать все.

95.83.2.240 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

источник

1 Понятие биологической системы. Клетка как открытая система. Организация потоков вещества, энергии и информации в клетках многоклеточного организма. Примеры процессов самообновления, самовоспроизведения и саморегуляции в клетке.

Биологическая система – это биологические объекты различной сложности (клетки, ткани, организмы, биоценозы), имеющие, как правило, несколько уровней структурно-функциональной организации. Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, биологические системы обладают свойствами целостности, способности к саморегуляции, что и определяет их устойчивость, а также способность к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции. Любая биологическая система является динамической – в ней постоянно протекает множество процессов, часто сильно различающихся во времени. В то же время биологическая система – открытая система, условием существования которой служит обмен энергией, веществом и информацией как между частями системы, так и с окружающей средой. Важнейшая особенность биологической системы заключается в том, что такой обмен осуществляется под контролем специальных механизмов реализации генетической информации и внутреннего управления, которые позволяют избежать «термодинамической смерти» путем использования энергии, извлекаемой из внешней среды.

Примеромбиологической системы являются все живые организмы, населяющие нашу планету, в том числе и растения.

Клетка— элементарная структурная, функциональная и генетическая единица. Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм — одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных. Клетка является открытой системой, благодаря заложенным в ней механизмам клтка обеспечивает обемен в-в, использование биолгической информации, размножение, св-ва наследственности и изменчивости, обуславливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Все клеточные формы жизни на Земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток:

прокариоты (доядерные) — более простые по строению и возникли в процессе эволюции раньше;

эукариоты (ядерные) — более сложные, возникли позже.

На уровне клетки проявляются большинство основных свойств живой материи — обмен веществ и энергии, рост, развитие, раздражение, самовоспроизведение. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Так, например, выделенные актин-миозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки активно «работают» многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биологически молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок и т. д.

Важнейшим научным доказательством единства всего живого послужила клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839).

1. клека — элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.

2. клетка — единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц — органоидов.

3. Клетки всех организмов гомологичны.

4. Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.

5. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны ( способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма).

Саморегуляция— свойство биологических систем автоматически устанавливать и поддерживать на определённом, относительно постоянном уровне те или иные физиологические или других биологические показатели. Примером саморегуляции на молекулярном уровне могут служить те ферментативные реакции, в которых конечный продукт, определенная концентрация которого поддерживается автоматически, влияет на активность фермента. Самообновление, то есть способность сохранять неизменный фенотип после деления (без дифференцировки).самообновления- разрушение лизосомами поврежденных органоидов ,в замен которых образуются новые;

Самовоспроизведение — способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида или включения к образованию себе подобного.]Самовоспроизведение у живых организмов происходит за счет размножения.

2 Органические и неорганические вещества клетки. БАВ, синтезируемые в клетке и их значение для медицины.

E всего живого, в составе клеток есть органические и неорганические вещества.

Неорганических веществ — это вода (40-98% от всего объема клетки) и минеральные вещества.

Читайте также:  Церукал рлс инструкция по применению

Водав клетке выполняет множество важнейших функций: она обеспечивает упругость клетки, быстроту проходящих в ней химических реакций, перемещение поступивших веществ по клетке и их вывод, в воде растворяются многие вещества, она может участвовать в химических реакциях и именно на воде лежит ответственность за терморегуляцию всего организма, так как вода обладает неплохой теплопроводностью.

Минеральные вещества делятсяна макроэлементы и микроэлементы, также в организме есть и ультрамикроэлементы,

— Макроэлементы — железо, азот, калий, магний, натрий, сера, углерод, фосфор, кальций и многие другие.

— Микроэлементы — это, в большинстве своем, тяжелые металлы, такие, как бор, марганец, бром, медь, молибден, йод цинк.

— Ультрамикроэлементы — золото, уран, ртуть, радий, селен и другие.

Органические вещества — составляют 20-30% состава клетки. Они могут быть простыми (аминокислоты, глюкоза, жирные кислоты) и сложными (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды).

К органическим веществам относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул — гормонов, пигментов, АТФ и многие другие.

1) Углеводы— одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также входят в состав клеток всех других организмов. В животной клетке содержится I—2% углеводов, в растительных в некоторых случаях — 85—90%.

Выделяют: моносахариды, или простые сахара;олигосахариды — соединения, состоящие из 2—10 последовательно соединенных молекул простых сахаров;полисахариды, состоящие более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных.

2) Белкивысокомолекулярные органические вещества,мономерами которых являются аминокислоты. В строении молекул белков различают 4 уровня организации: первичная структура, вторичная структура, третичная структура, четвертичная структура. Нарушение природной структуры белка называют денатурацией, возникает под воздействием высокой температуры, химических веществ, лучистой энергии и др. факторов.

Фун-ии белка в жизни клеток и организмов:строительная (структурная), каталитическая функция, Опорно-двигательная, Транспортная, Защитная, Энергетическая, Регуляторная и гормональная, Рецепторная

3) Липиды — нерастворимые в воде жиры и жироподобные вещества, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. У растений — в семенах, плодах. Кроме жиров в клетках присутствуют и их производные — стероиды (холестерин, гормоны и жирорастворимые витамины А, D, К, Е, F ).

Фун-ии липидов :структурная, энергетическая, запасательная, защитная, влияют на функционирование нервной системы,источник воды для организма .

4) Нуклеиновая кислота — высокомолекул орг соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации. Существует два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Биологически активные вещества (БАВ) — химические вещества, обладающие высокой физиологической активностью при небольших концентрациях по отношению к определённым группам живых организмов (в первую очередь — по отношению к человеку, а также по отношению к растениям, животным, грибам и пр.) или к отдельным группам их клеток. Физиологическая активность веществ может рассматриваться как с точки зрения возможности их медицинского применения, так и с точки зрения поддержания нормальной жизнедеятельности человеческого организма либо придания группе организмов особых свойств (таких, например, как повышенная устойчивость культурных растений к болезням)

К биологически активным веществам относятся: ферменты, витаминыи гормоны. Это жизненно важные и необходимые соединения, каждое из которых выполняет незаменимую и очень важную роль в жизнедеятельности организма.Переваривание и усвоение пищевых продуктов происходит при участии ферментов,синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других веществ в тканях организма представляет собой также совокупность ферментативных реакций.Впрочем, и любое функциональное проявление живого организма — дыхание, мышечное сокращение, нервно-психическая деятельность, размножение и т.д. — тоже непосредственно связаны с действиемсоответствующих ферментных систем..Их значение для человеческого организма не ограничивается рамками нормальной физиологии. В основе многих заболеваний человека лежат нарушения ферментативных процессов.

1) Гормоны — это продукты внутренней секреции, которые вырабатываются

специальными железами или отдельными клетками, выделяются в кровь и разносятся по всему организму в норме вызывая определенный биологический эффект.Сами гормоны непосредственно не влияют на какие-либо реакции клетки.Только связавшись с определенным, свойственным только ему рецептором вызывается определенная реакция.

2) Витамины — это органические соединения различной химической структуры,которые необходимы для нормального функционирования практически всех процессов в организме. Они повышают устойчивость организма к различным экстремальным факторам и инфекционным заболеваниям, способствуют

обезвреживанию и выведению токсических веществ и т. д.

3) Ферменты — белки и биополимеры. Синтезируются в рибосомах. Бывают двух типов: однокомпонентные (состоят только из белка) и двухкомпонентные (из белка и небелкового компонента неорг и орг). Почти каждая химическая реакция в клетке катализируется особым ферментом.Ферменты участвуют в синтезе белка, ДНК и РНК. Они содержатся в слюне, в желудочном соке, в каждой клетке.

3 Эукариотическая клетка — форма организации живой материи. Основыные структурные компоненты эукариот]клетки. Современные представления о строении и функциях биологических мембран, Принципы компартментации. Транспорт в-в через плазмолемму.

Эукариоты— домен (надцарство) живых организмов, клетки которых содержат ядра (ядерные). К ним относятся все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие.Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток.В цитозоле любой (не только растительной) современной эукариотической клетки находятся следующие органеллы: ядро, ЭПС, аппарат Гольджи, цитоскелет, центриоль, митохондрии, лизосомы; растительная клетка наряду с этими органеллами обязательно содержит: пластиды, вакуоли.

1) Ядро — это один из структурных компонентовHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Эукариоты»эукариотическойHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Клетка»клетки, содержащий генетическую информацию(молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка. Ядро состоит из хромати́на, я́дрышка, кариопла́змы (или нуклеоплазмы) и ядерной оболочки. (подробно в билете №4)

2) Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) или эндоплазматическая сеть (ЭПС) — внутриклеточный органоидэукариотическойклетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев. Мембраны ЭПС обеспечиваютактивный транспортряда элементов против градиента концентрации.Выделяют два вида ЭПР: гранулярный эндоплазматический ретикулум; агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум. На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума находится большое количество рибосом, которые отсутствуют на поверхности агранулярного ЭПР. Гранулярный и агранулярный эндоплазматический ретикулум выполняют различные функции в клетке. При участии эндоплазматического ретикулума происходит трансляция и транспорт белков, синтез и транспорт липидов истероидов. Для ЭПС характерно также накопление продуктов синтеза. Эндоплазматический ретикулум принимает участие в том числе и в создании новой ядерной оболочки (например после митоза). Эндоплазматический ретикулум содержит внутриклеточный запас кальция, который является, в частности, медиатором сокращения мышечной клетки.

3) Аппарат (комплекс) Гольджи —мембранная структура эукариотической клетки, представляет собой стопку плоских мембранных цистерн, несколько расширенных ближе к краям. В цистернах аппарата Гольджи созревают некоторые белки, синтезированные на мембранах гранулярного ЭПР и предназначенные для секреции или образования лизосом.В Комплексе Гольджи выделяют 3 отдела цистерн, окружённых мембранными пузырьками:Цис-отдел (ближний к ядру); Медиальный отдел; Транс-отдел (самый отдалённый от ядра). Функции: сортировка, накопление и выведение секреторных продуктов; завершение посттрансляционной модификации белков ; накопление молекул липидов и образование липопротеидов ; образование лизосом ; формирование клеточной пластинки после деления ядра в растительных клетках; участие в формировании акросомы ; формирование сократимых вакуолейпростейших.

4) Лизосома — небольшое тельце, ограниченное от цитоплазмы одинарной мембраной. В ней находятся литические ферменты, способные расщепить все биополимеры. Основная функция — автолиз — то есть расщепление отдельных органоидов, участков цитоплазмы клетки. Лизосомы формируются из пузырьков (везикул), отделяющихся от аппарата Гольджи, и пузырьков (эндосом), в которые попадают вещества при эндоцитозе. В образовании аутолизосом (аутофагосом) принимают участие мембраны эндоплазматического ретикулума. Все белки лизосом синтезируются на «сидячих» рибосомах на внешней стороне мембран эндоплазматического ретикулума и затем проходят через его полость и через аппарат Гольджи.

5) Митохондрии— двумембранная гранулярная или нитевидная органеллатолщиной около 0,5 мкм. Основная функция — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии в синтезе молекул АТФ, который происходит за счёт движения электрона поэлектронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны. М. отсутствуют лишь у бактерий, синезелёных водорослей и других прокариотов, где их функцию выполняет клеточная мембрана. М. окружено двойной мембраной: наружной — гладкой, и внутренней, — образующей впячивания,называется кристами. Дыхание(поглощение кислорода и выделениеуглекислого газа) происходит также за счёт энзиматических систем митохондрий. Митохондрии имеют свой собственный ДНКгеном и прокариотические рибосомы, что, безусловно, указывает на симбиотическоепроисхождение этих органелл.

6)Вакуоль — одномембранный органоид, содержащийся в некоторых эукариотическихHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Клетка»клеткахи выполняющий различные функции (секреция, экскреция и хранение запасных веществ, аутофагия, автолиз и др.). Вакуоли и их содержимое рассматриваются как обособленный от цитоплазмыHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Компартмент»компартмент. Различают пищеварительные и сократительные (пульсирующие) вакуоли, регулирующие осмотическое давление и служащие для выведения из организма продуктов распада. Вакуоли особенно хорошо заметны в клетках растений: во многих зрелых клетках растений они составляют более половины объёма клетки. Одна из важных функций растительных вакуолей — накопление ионов и поддержание тургора (тургорного давления). Вакуоль — это место запаса воды. Вакуоли развиваются из цистерн эндоплазматической сети.Мембрана, в которую заключена вакуоль, называется тонопласт. В вакуолях содержатся органические кислоты, углеводы, дубильные вещества, неорганические вещества (нитраты, фосфаты, хлориды и др.), белки и др.

7) Пластиды внутриклеточные органеллы цитоплазмы автотрофных растений, содержащие пигменты и осуществляющие синтез органических веществ. У высших растений различают 3 типа П.: зелёные хлоропласты (ХП), бесцветные лейкопласты (ЛП) и различно окрашенные хромопласты (ХР). Совокупность всех типов носит название пластом или пластидом.Есть лишь в растительных клетках. Они встречаются у всех растений, за исключением некоторых бактерий, водорослей, миксомицетов и грибов. У водорослей функции пластид выполняет хроматофор. Для этих органелл характерно наличие пигмента (хлорофилл и каротиноиды), а также способность синтезировать и накапливать запасные вещества (крахмал, жиры и белки)&

Биологическая мембрана— отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи, образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно.Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды —фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную «головка») и идрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу.

Принцип компартментации. Высокая упорядоченность внутреннего содержимого эукариотической клетки достигается путем компартментации ее объема — 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).В настоящее время принята точка зрения, согласно которой мембрана составлена из бимолекулярного слоя липидов. Гидрофобные участки их молекул повернуты друг к другу, а гидрофильные —находятся на поверхности слоя. Разнообразные белковые молекулы встроены в этот слой или размещены на его поверхностях. Благодаря компартментации клеточного объема в эукариотической клетке наблюдается разделение функций между разными структурами. Одновременно различные структуры закономерно взаимодействуют друг с другом.

Трансмембранный перенос (транспорт в-в через плазмолемму)

Следует разделять способы помолекулярного (поионного) и мультимолекулярного трансмембранного переноса. В первом случае мол-лы (ионы) в-ва проходят через мембрану относительно независимо др от друга. Во втором — за один акт переноса перемещается сразу огромное число молекул. Способы помолекулярного переноса: (данные способы транспорта используются только для низкомолекулярных в-в)

— простая диффузия — самостоятельное проникновение в-в через мембрану по градиенту концентрации.Так проходят небольшие нейтральные мол-лы (Н2О, СО2, О2) и низкомолекулярные гидрофобные орг в-ва ( жирные к-ты, мочевина)

— облегченная диффузия — проходит через мембрану также по градиенту концентрации, но помощью спец белка — транслоказы, которые образуют в мембране транспортные каналы. Примерами таких каналов являются ионные каналы — в частности К+ — каналы, Na+ — каналы, анионные канали и т. д.

— Активный транспорт — в-ва переносятся с помощью спец транспортной сис-мы (насоса) против градиента концентрации. Для этого требуется энергия (АТФ). Пример подобных сис-м: Na+, K+ — насос ( или Na+, K+ — АТФаза) .

Способы мультимолекулярного переноса:

1) Эндоцитоз — различают 2 разновидности эндоцитоза

— пиноцитоз — захват и поглощение клеткой рас-ров в-в

— фагоцитоз — перенос в клетку тв частиц

2) экзоцитоз — здесь тоже существует 2 варианта, в зависимости от растворимости выделяемых из клетки в-в: — секреция — мультимолекулярное выделение из клетки растворенных в-в — экскреция — выведение из клетки тв части.

— Существует еще одно понятие — трансцитоз (или рекреция), это перенос в-в через клетку; здесь сочетаются эндо- и экзоцитоз

4 Эукариотическая клетка- форма организации живой материи. Основные структурные компоненты эукариот клетки. Ядро. Взаимосвязь струк-ры и фун-ции. (про эукариот кл и компоненты в билете №3подробно)

Ядро— это один из структурных компоненто вHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Эукариоты»эукариотическойHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Клетка»клетки, содержащий генетическую информацию(молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтезаHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Белок»белка. Ядро состоит из хромати́на, я́дрышка, кариопла́змы (или нуклеоплазмы) и ядерной оболочки. В клеточном ядре происходит репликация(или редуплика́ция) — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на молекуле ДНК. Синтезированные в ядре молекулы РНК модифицируются, после чего выходят в цитоплазму. Образование обеих субъединиц рибосом происходит в специальных образованиях клеточного ядра — ядрышках. Таким образом, ядро клетки является не только вместилищем генетической информации, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится.Cтруктура клеточного ядра: хроматин; ядерная оболочка, ядерная ламина и ядерные поры; ядрышко, ядерный матрикс.

Читайте также:  Тонзилгон н показания к применению

1)Хроматином называют молекулы хромосомной ДНК в комплексе со специфическими белками, необходимыми для осуществления этих процессов. Основную массу составляют «белки хранения»- гистоны. Из этих белков построены нуклеосомы — структуры, на которые намотаны нити молекул ДНК. Нуклеосомы располагаются довольно регулярно,она состоит из белков четырех типов: H2A, H2B, H3 и H4. В одну нуклеосому входят по два белка каждого типа— всего восемь белков. Гистон H1, более крупный чем другие гистоны, связывается с ДНК в месте ее входа на нуклеосому. Нуклеосома вместе с H1 называется хроматосомой.

Нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30 нанометров, так называемую 30 нм фибриллу. Дальнейшая упаковка этой фибриллы может иметь различную плотность. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. ДНК, находящаяся в гетерохроматине, не транскрибируется, обычно это состояние характерно для незначимых или молчащих участков. В интерфазе гетерохроматин обычно располагается по периферии ядра (пристеночный гетерохроматин). Полная конденсация хромосом происходит перед делением клетки. Если хроматин упакован неплотно, его называют эу- илиинтерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется наличием транскрипционной активности. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов —ацетилированиеми фосфорилированием. 2) Ядерная оболочка, ядерная ламина и ядерные поры (кариолемма) От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой, образованной за счёт расширения и слияния друг с другом цистернэндоплазматической сетитаким образом, что у ядра образовались двойные стенки за счёт окружающих его узких компартментов. Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным пространством. Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жёсткой белковой структурой, образованной белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомнойДНК. Ламины прикрепляются к внутренней мембране ядерной оболочки при помощи заякоренных в ней трансмембранных белков — рецепторов ламинов. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит материальный обмен между ядром и цитоплазмой. Пора не является дыркой в ядре, а имеет сложную структуру, организованную несколькими десятками специализированных белков — нуклеопоринов.

3) Ядрышко —находится внутри ядра, и не имеет собственной мембранной оболочки Основной функцией ядрышка -синтез рибосом. В геномеклетки имеются специальные участки, так называемые ядрышковые организаторы, содержащие геныHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/РРНК»рибосомной РНК (рРНК), вокруг которых и формируются ядрышки. В ядрышке происходит синтез рРНК РНК полимеразой I, ее созревание, сборка рибосомных субчастиц. В ядрышке локализуются белки, принимающие участие в этих процессах. Некоторые из этих белков имеют специальную последовательность— сигнал ядрышковой локализации . Самая высокая концентрация белка в клетке наблюдается именно в ядрышке. В этих структурах было локализовано около 600 видов различных белков, лишь небольшая их часть действительно необходима для осуществления ядрышковых функций, а остальные попадают туда неспецифически.

4) Ядерный матрикс называют нерастворимый внутриядерный каркас. Считается, что матрикс построен преимущественно из негистоновых белков, формирующих сложную разветвленную сеть, сообщающуюся с ядерной ламиной. Возможно, ядерный матрикс принимает участие в формировании функциональных доменов хроматина. Впрочем, не все исследователи признают существование ядерного матрикса. Для осуществления процессов репликации, транскрипции, а также поддержания определенного положения хромосом в обьеме ядра существуют каркасные белковые структуры — ядерный белковый матрикс. Наблюдения показывают, что компоненты ядерного матрикса — это не жесткие застывшие структуры, они динамичны и могут сильно видоизменяться в зависимости от функциональных особенностей ядер. Показано, что белковый матрикс имеет множество точек прочного связывания с ДНК ядра, которая, в свою очередь, имеет специальные последовательности нуклеотидов, необходимые для этого.

Репликация и транскрипция

Клетки эукариот содержат обычно несколько хромосом (от двух до нескольких сотен), которые теряют в ядре (в интерфазе, т. е. между митотическоми делениями) клетки свою компактную форму, разрыхляются и заполняют объем ядра в виде хроматина. Несмотря на деконденсированное состояние, каждая хромосома занимает в ядре строго определенное положение и связана с ядерной оболочкой посредством ламины. Строго закреплены на внутренней поверхности оболочки ядра такие структуры хромосом, как центромеры и теломеры. На определенной стадии жизненного цикла клетки, в синтетическом периоде, происходит репликация, т. е. удвоение всей ДНК ядра, и хроматина становится в два раза больше. Белки, необходимые для этого процесса, поступают, конечно, из цитоплазмы через ядерные поры. Таким образом, клетка готовится к предстоящему клеточному делению — митозу, когда общее количество ДНК в ядре вернется к первоначальному уровню.

Реализация генетической информации, заключенной в ДНК в виде генов, начинается с транскрипции, т. е. с синтеза информационных РНК (и-РНК) — точных копий генов, по которым затем будут строиться в цитоплазме на рибосомах белки. Этот процесс проходит в различных точках в обьеме ядра, морфологически ничем не отличающихся от окружающего хроматина. Чаще всего удается наблюдать транскрипцию диффузного, т.е. деконденсированного хроматина.

Кроме хроматина, составляющего хромосомы, в ядрах эукариот обычно содержится одно или несколько ядрышек. Это плотные структуры, не имеющие собственной оболочки и представляющие собой скопления молекул другого типа РНК — рибосомной РНК (р-РНК) в комплексе с белками. Такие комплексы называют рибонуклеопротеидами (РНП). Ядрышки имеют стандартную морфологию и образуются в ядре после деления клетки вокруг постояннодействующих точек активного синтеза рибосомной РНК. Гены рибосомной РНК, в отличие от большинства других генов, кодирующих белки, содержатся в геноме в виде многочисленных копий. Эти копии, расположенные в молекуле ДНК тандемно, т. е. друг за другом, располагаются в определенных районах нескольких хромосом генома. Такие районы хромосом называют ядрышковыми организаторами. Морфологически в ядрышке с помощью электронного микроскопа можно выделить следующие 3 зоны: гомогенные компактные фибриллярные центры, содержащие ДНК ядрышковых организаторов; плотный фибриллярный компонент вокруг них, где идет транскрипция генов рибосомной РНК и массивный гранулярный компонент ядрышка, состоящий из частиц РНП — будущих рибосом. Эти гранулы РНП, образующиеся в ядрышке, транспортируются в цитоплазму и образуют рибосомы, осуществляющие синтез всех белков клетки. Третий основной тип клеточных РНК — мелкие транспортные РНК — транскрибируются в различных участках ядра и выходят в цитоплазму через ядерные поры. Там они, как известно, обеспечивают транспортировку аминокислот к рибосомам в процессе синтеза белков.

5 Эукариотическая клетка- форма организации живой материи. Двумембранные органеллы. Взаимосвязь структуры и функии.

Органоидыили органеллы — постоянные внутриклеточные структуры, имеющие определенное строение и выполняющие соответствующие функции. Органеллы делятся на две группы: мембранные и немембранные. Мембранные органеллы представлены двумя вариантами: двумембранным и одномембранным. Двумембранными компонентами являются пластиды, митохондрии и клеточное ядро. (билет №4 -ядро).

1) Митохондрии — особые органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ — универсального носителя энергии. Внутренний просвет митохондрий, называемый матриксом, отграничен от цитоплазмы двумя мембранами, наружной и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые кристы. В матриксе содержатся различные ферменты, принимающие участие в дыхании и синтезе АТФ. Центральное значение для синтеза АТФ имеет водородный потенциал внутренней мембраны митохондрии. Митохондрии имеют свой собственный ДНКгеном и прокариотические рибосомы, что, безусловно, указывает на симбиотическое происхождение этих органелл. Геномы митохондрий отличаются по размерам: например геном человеческих митохондрий содержит всего 13 генов.Наличие собственных рибосом и ДНК позволяет митохондриям осуществлять синтез некоторых белков независимо от ядра клетки,т.е они в определенной степени автономные структуры. Формы и размеры: сферические, овальные и цилиндрические тельца, а также нитевидной формы. Длина нитевидных форм достигает 15 – 20 мкм. Функции:расщепление углеводов и жирных кислот, Синтез АТФ, Синтез белка ( билете №3 — митохондрии)

2) Пластиды внутриклеточные органеллы цитоплазмы автотрофных растений, содержащие пигменты и осуществляющие синтез органических веществ. У высших растений различают 3 типа П.: зелёные хлоропласты (ХП), бесцветные лейкопласты (ЛП) и различно окрашенные хромопласты (ХР). Совокупность всех типов носит название пластом или пластидом.Есть лишь в растительных клетках. Они встречаются у всех растений, за исключением некоторых бактерий, водорослей, миксомицетов и грибов. У водорослей функции пластид выполняет хроматофор. Для этих органелл характерно наличие пигмента (хлорофилл и каротиноиды), а также способность синтезировать и накапливать запасные вещества (крахмал, жиры и белки).

Лейкопласты— бесцветные сферические пластиды в клетках растений.Лейкопласты образуются в запасающих тканях (клубнях, корневищах), клетках эпидермы и других частях растений. Синтезируют и накапливают крахмал,жиры, белки. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, синтезируется крахмал. На свету лейкопласты превращаются в хлоропласты.

Хромопласт (окрашенные пласты) — окрашенные незелёные тела, заключающиеся в телах высших растений, в отличие от зелёных тел (хлоропластов). Xромопласты содержат лишь жёлтые, оранжевые и красноватые пигменты из ряда каротинов.Xромопласты происходят большей частью из хлоропластов, которые теряют хлорофилл и крахмал, что заметно в лепестках, в ткани плодов и т. д. Так же как и у хлоропластов, у хромопластов пигмент образует в протоплазматической, бесцветной основе лишь отдельные включения, причём иногда в виде настоящих кристаллов, игольчатых, волосовидных, прямых или изогнутых и т. д.

Хлоропласты — зелёные пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот. С их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат хлорофилл. Под двойной мембраной имеются тилакоиды(мембранные образования, в которых находится электронтранспортная цепьхлоропластов). Тилакоиды высших растенийгруппируются в граны, которые представляют собой стопки сплюснутых и тесно прижатых друг к другу тилакоидов, имеющих форму дисков. Соединяются граны с помощью ламелл. Пространство между оболочкой хлоропласта и тилакоидами называется стромой. В строме содержатся хлоропластные молекулы РНК,пластидная ДНК, рибосомы, крахмальные зёрна, а также ферменты цикла Кальвина.

6 Эукариотическая клетка — форма организации живой материи. Одномембранные органеллы. Взаимосвязь струк-ры и фун-ции.

К одномембранеым оргоноидам относятся: ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоль, везикулы. 1) Эндоплазматическая сеть — (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭПР), — одномембранный органоид. Представляет собой систему мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство — полости ЭПС. Мембраны с одной стороны связаны с цитоплазматической мембраной, с другой — с наружной ядерной мембраной. Различают два вида ЭПС: 1) шероховатая (гранулярная), содержащая на своей поверхности рибосомы, и 2) гладкая (агранулярная), мембраны которой рибосом не несут. Функции: 1) транспорт веществ из одной части клетки в другую, 2) разделение цитоплазмы клетки на компартменты ( «отсеки»), 3) синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС), 4) синтез белка (шероховатая ЭПС), 5) место образования аппарата Гольджи.

2) Аппарат Гольджи — или комплекс Гольджи, — одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями. С ними связана система мелких одномембранных пузырьков (пузырьки Гольджи). Каждая стопка обычно состоит из 4-х–6-ти «цистерн», является структурно-функциональной единицей аппарата Гольджи и называется диктиосомой. Число диктиосом в клетке колеблется от одной до нескольких сотен. В растительных клетках диктиосомы обособлены. Аппарат Гольджи обычно расположен около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи клеточного центра). Функции аппарата Гольджи: 1) накопление белков, липидов, углеводов, 2) модификация поступивших органических веществ, 3) «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов, 4) секреция белков, липидов, углеводов, 5) синтез углеводов и липидов, 6) место образования лизосом. Секреторная функция является важнейшей, поэтому аппарат Гольджи хорошо развит в секреторных клетках. 3)Лизосомы— одномембранные органоиды. Представляют собой мелкие пузырьки (диаметр от 0,2 до 0,8 мкм), содержащие набор гидролитических ферментов. Ферменты синтезируются на шероховатой ЭПС, перемещаются в аппарат Гольджи, где происходит их модификация и упаковка в мембранные пузырьки, которые после отделения от аппарата Гольджи становятся собственно лизосомами. Лизосома может содержать от 20 до 60 различных видов гидролитических ферментов. Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом. Различают: 1) первичные лизосомы, 2) вторичные лизосомы. Первичными называются лизосомы, отшнуровавшиеся от аппарата Гольджи. Первичные лизосомы являются фактором, обеспечивающим экзоцитоз ферментов из клетки. Вторичными называются лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с эндоцитозными вакуолями. В этом случае в них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза, поэтому их можно назвать пищеварительными вакуолями. Автофагия — процесс уничтожения ненужных клетке структур.

4)Вакуоль — одномембранный органоид, содержащийся в некоторых эукариотическихHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Клетка»клеткахи выполняющий различные функции (секреция, экскреция и хранение запасных веществ, аутофагия, автолиз и др.). Вакуоли и их содержимое рассматриваются как обособленный от цитоплазмыHYPERLINK «http://ru.wikipedia.org/wiki/Компартмент»компартмент. Различают пищеварительные и сократительные (пульсирующие) вакуоли, регулирующие осмотическое давление и служащие для выведения из организма продуктов распада. Вакуоли особенно хорошо заметны в клетках растений: во многих зрелых клетках растений они составляют более половины объёма клетки. Одна из важных функций растительных вакуолей — накопление ионов и поддержание тургора (тургорного давления). Вакуоль — это место запаса воды. Вакуоли развиваются из цистерн эндоплазматической сети.Мембрана, в которую заключена вакуоль, называется тонопласт. В вакуолях содержатся органические кислоты, углеводы, дубильные вещества, неорганические вещества (нитраты, фосфаты, хлориды и др.), белки и др.

5) Везикула— это относительно маленькие внутриклеточные органоиды, мембрано-защищенные сумки, в которых запасаются или транспортируются питательные вещества. Везикула отделена от цитозоляминимальным липиднымслоем.Везикула — это базисный инструмент клетки, обеспечивающий метаболизми транспортвещества, хранение ферментовтакже как настоящий химически инертный отсек. Также везикулы играют роль в поддержании плавучести клетки.Некоторые везикулы способны образовываться из частей плазматической мембраны.

источник

Понравилась статья? Поделить с друзьями: