7.Неорганические вещества

К ним относятся вода и минеральные соли. Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее содержание составляет 70-80% от массы клетки. Основные функции воды:

• вода представляет собой универсальный растворитель;

• является средой, в которой протекают биохимические реакции;

• определяет физиологические свойства клетки (упругость, объем);

• участвует в химических реакциях;

• поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности;

• является основным средством для транспорта веществ.

Минеральные соли присутствуют в летке в виде ионов. Наиболее важные из них катионы К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, анионы – Cl^-, HCO₃^-, H₂РО₄^-.

Концентрация ионов в клетке и окружающей ее среде неодинаковая. Например, содержание калия в клетках в десятки раз выше, чем в межклеточном пространстве. Катионов натрия, наоборот, в 10 раз меньше в клетке, чем вне её.

Анионы слабых кислот внутри клетки способствуют сохранению определенной концентрации водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН=7,2).

8. Органические вещества

Органические соединения состоят из многих повторяющихся элементов (мономеров) и представляют собой крупные молекулы, называемые полимерами. К органическим полимерам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

Белки – биополимеры, мономерами которых являются аминокислота.

Структура белков: первичная, вторичная, третичная, четвертичная.

Жиры – сложные эфиры 3 атомного спирта глицерина и высоко молекулярных жирных кислот.

Углеводы – большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток.

Нуклеиновые кислоты – сложные природные высоко молекулярные соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информациив живых организмах. Мономерами нк являются нуклеотиды состоящие из азотистого основания, сахара-пентозы и остатка фосфорной кислоты.

9. Клетка — элементарная структурная и функциональная единица растительных и животных организмов, способная к самовоспроизведению и развитию. В традиционном изложении клетку растительного или животного организма описывают как объект, отграниченный оболочкой, в котором выделяют ядро и цитоплазму.

Основные компоненты эукариотической клетки:

Наружная мембрана. Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и рас­тительных, обособлены от своего окружения оболочкой. Клеточная оболочка, или плазмалемма,животных клеток образована мембра­ной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10—20 нм. Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную и транс­портную функции. Благодаря свойству избирательной проницаемо­сти она регулирует химический состав внутренней среды клетки. В плазмалемме размещены молекулы рецепторов, которые избира­тельно распознают определенные биологически активные вещества (гормоны). Наличие в обо­лочке рецепторов дает клеткам возможность воспринимать сигналы извне, чтобы целесообразно реагировать на изменения в окружаю­щей их среде или состоянии организма.

Цитоплазма. В цитоплазме различают основное вещество (матрикс, гиалоплазма), включения и органеллы. Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между плазмалеммой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Оно образует истинную внутрен­нюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные струк­туры и обеспечивает взаимодействие их друг с другом.

Органеллы — это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке жизненно важные функции. Выделяют органеллы общего значения и специальные. Последние в значительном количестве присутствуют в клетках, специализированных к выполнению определенной функции, но в незначительном количестве могут встречаться и в других типах клеток (микроворсинки, реснички, синаптические пузырьки).

К органеллам общего значения относят элементы канальцевой и вакуолярной системы в виде шероховатой и гладкой цитоплазматической сети, пластинчатый комплекс, митохондрии, рибосомы и полисомы, лизосомы, пероксисомы, микрофибриллы и микротру­бочки, центриоли клеточного центра. В растительных клетках вы­деляют также хлоропласты, в которых происходит фотосинтез.

Включениями называют относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (жир, гликоген), продуктами, подлежащими выведению из клетки (гранулы секрета), балластными веществами (некоторые пигменты).

Ядро. Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Функциональ­ная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) эукариотической клетки от цитоплазмы с присущими ей многочисленными метаболическими реакциями, а также регуляции двусторонних взаимодействий ядра и цитоплазмы.

Основу ядерного сока, или матрикса, составляют белки. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль в обеспечении нормального функционирования генетического материала. В составе ядерного сока присутствуютнитчатые, или фибршиярные, белки, что указывает на выполнение ими опорной функции.

Ядрышко представляет собой структуру, в которой происходит образование и созреваниерибосомалъных РНК (рРНК).

10.Мембранные органеллы могут иметь одну или две мембраны. К одномембранным относят органеллы вакуолярной системы: эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы и другие вакуоли. К двумембранным органеллам относят митохондрии и пластиды

Аппарат Гольджи обычно расположен около клеточного ядра. Наиболее крупные органеллы находятся в секреторных клетках.

Основным элементом аппарата является мембрана, образующая уплощенные цистерны – диски. Они располагаются друг над другом. Края цистерн переходят в трубочки, от которых отчленяются пузырьки, транспортирующие заключенное в них вещество к месту его потребления. Отчленение пузырьков происходит на одном из полюсов аппарата. Со временем это приводит к исчезновению цистерны. На противоположном полюсе аппарата осуществляется сборка новых дисков-цистерн. Они формируются из пузырьков, отпочковывающихся от гладкого эндоплазматического ретикулума. Содержимое этих пузырьков становится содержимым аппарата Гольджи, в котором подвергается дальнейшей переработке.

Функции аппарата Гольджи разнообразны: секреторная, синтетическая, строительная и накопительная. В его цистернах происходит синтез полисахаридов, осуществляется их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеидов. С помощью пузырьков Гольджи готовые секреты выводятся за пределы клетки. Аппарат Гольджи образует муцин – важный компонент слизи; участвует в секреции воска, растительного клея; иногда принимает участие в транспорте липидов. В нем происходит укрупнение белковых молекул. Он участвует в построении плазмалеммы и мембран вакуолей. В аппарате Гольджи формируются лизосомы.

Лизосомы – пузырьки больших или меньших размеров, заполненные гидролитическими ферментами (протеазами, нуклеазами, липазами и др.). лизосомы в клетках не представляют собой самостоятельных структур. Они образуются за счет активности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи и напоминают секреторные вакуоли. Основная функция лизосом – внутриклеточное расщепление и переваривание веществ, поступивших в клетку или находящихся в ней, и удаление их из клетки.

Выделяют первичные и вторичные лизосомы. Первичные представляют собой пузырьки, отграниченные от цитоплазмы одинарной мембраной. Ферменты, находящиеся в лизосомах, синтезируются на шероховатом эндоплазматическом ретикулуме и транспортируются к аппарату Гольджи. В его цистернах вещества подвергаются дальнейшим превращениям. Пузырьки с набором ферментов, отделившиеся от цистерн аппарата Гольджи, называют первичными лизосомами. Они участвуют во внутриклеточном пищеварении и иногда в секреции ферментов, выделяющихся из клетки наружу (например, при резорбции костной ткани).

Первичные лизосомы могут сливаться с фагоцитарными и пиноцитарными вакуолями, образуя вторичные лизосомы. В них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем эндоцитоза и усвоение их. Вторичные лизосомы – это пищеварительные вакуоли, ферменты которых доставлены с помощью мелких первичных лизосом. У простейших во вторичных лизосомах происходит переваривание частиц пищи, проникших в клетку. Вторичные лизосомы могут выполнять защитную функцию, когда, например, лейкоциты захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии.

Есть еще аутолизосомы, ферменты которых разрушают отработанные органеллы самой клетки. Известно более 25 генетических заболеваний, связанных с патологией лизосом.

Вакуоли содержатся только в растительных клетках. Они могут быть мелкими и крупными. Центральные вакуоли отделены от цитоплазмы одинарной мембраной – тонопластом. Центральные вакуоли образуются из мелких пузырьков, отщепляющихся от эндоплазматического ретикулума. полость вакуоли заполнена клеточным соком – водным раствором неорганических солей, сахаров, органических кислот и других веществ.

Центральная вакуоль выполняет функцию поддержания тургорного давления в клетке. В вакуолях запасается вода для фотосинтеза, питательные вещества и продукты метаболизма, предназначенные для выведения из клетки. В них откладываются пигменты, определяющие окраску.

Все рассмотренные органеллы образуют вакуолярную систему клетки, отдельные элементы которой могут переходить друг в друга при перестройке и изменении функции мембран.

Пероксисомы – мельчайшие пузырьки, содержащие набор ферментов. Своё название они получили от пероксида водорода – промежуточного продукта в цепи биохимических реакций, протекающих в клетке. Ферменты пероксисом (каталаза и др.) нейтрализуют токсичный пероксид водорода, вызывая его распад с выделением воды и кислорода. Эти органеллы участвуют в обменных реакциях – в метаболизме липидов, холестерина и др.

При генетическом нарушении у людей, когда в клетках печени и почек новорожденного отсутствуют пероксисомы (болезнь Цевельгера), ребенок живет всего несколько месяцев.

Митохондрии имеются во всех эукариотических клетках. Основная функция митохондрий связана с окислением органических соединений и использованием энергии, освобождающейся при распаде этих соединений, для синтеза молекул АТФ.

Число, размеры и форма митохондрий в клетке различны и непостоянны. Они могут иметь вытянутую, округлую, спиральную и палочковидную форму. В клетках, нуждающихся в большом количестве энергии, митохондрий много. Например, в одной печеночной клетке их может быть около 1000.

Локализация митохондрий различна. Обычно они скапливаются вблизи тех участков цитоплазмы, где велика потребность в энергии АТФ. Например, в скелетных мышцах митохондрии находятся вблизи миофибрилл.

Каждая митохондрия окружена двумя мембранами. Наружная митохондриальная мембрана, отделяющая ее от гиалоплазмы, гладкая. Наружную мембрану от внутренней отделяет межмембранное пространство. Внутренняя мембрана, ограничивающая матрикс митохондрий, образует многочисленные складки (кристы). Чем больше крист присутствует в митохондрии, тем интенсивнее протекают окислительно-восстановительные процессы. Например, митохондрии миокарда содержат втрое больше крист, чем митохондрии клеток печени.

В матриксе митохондрий находятся различные ферменты, кольцевая молекула ДНК, рибосомы, РНК. На митохондриальных рибосомах синтезируются белки, специфические для органеллы. Митохондрии относят к полуавтономным органеллам. На внутренней мембране присутствуют белки, катализирующие окислительно-восстановительные реакции в дыхательной цепи, ферменты, участвующие в синтезе АТФ, и специфические транспортные белки. Наружная мембрана содержит ферменты, участвующие в синтезе митохондриальных липидов.

Митохондрии размножаются поперечным делением или фрагментацией на более короткие.

Пластиды – двумембранные органеллы растительных клеток. Различают 3 вида пластид: хлоро-, хромо- и лейкопласты.

Хлоропласты ограничены двумя мембранами – внешней и внутренней. Между мембранами есть межмембранное пространство. Зеленый пигмент хлорофилл находится в системе мембран, которые погружены во внутреннее содержимое пластид (матрикс или строму). В строме находятся

кольцевые молекулы ДНК, рибосомы, РНК, различные ферменты. Хлоропласты размножаются делением. Пластиды способны к синтезу собственных белков. Как и митохондрии, пластиды относят к полуавтономным органеллам. В хлоропластах происходит фотосинтез, в результате которого связывается углекислый газ, выделяется кислород и образуются органические вещества.

Хромопласты – окрашенные пластиды, не участвующие в фотосинтезе.

Их окраска обусловлена наличием красных, желтых и оранжевых пигментов. Хромопласты образуются из хлоро- или лейкопластов. Они сосредоточены в лепестках цветов и плодах. Их функция – привлечение насекомых-опылите-лей цветов и животных, распространителей плодов.

Лейкопласты – бесцветные пластиды, лишенные пигментов. Они приспособлены для хранения запасов питательных веществ (крахмала). Их особенно много в корнях, семенах, корневищах и клубнях.