Основы цитологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основы цитологии

Работа Назаренко М.Н. по лекциям Пивоварова Максима Александровича



Введение

Цитология - относительно новая наука о структуре и функции клеток. Прошла 3 этапа:

1 этап - описание и наблюдение

Это стало возможным в 1590г благодаря световому микроскопу братьев Янсенами.

Термин клетка впервые предложил английский ученый-физик Роберт Гук, который рассмотрел срез мертвой растительной ткани (пробки). Он впервые описал клеточные оболочки, образующие структуры, по форме напоминающие ячейки пчелиных сот.

Позже, голландский натуралист Антони ван Левенгук усовершенствовал микроскоп при помощи линз, открыл и описал одноклеточных и животные клетки позвоночных: эритроциты и сперматозоиды.

2 этап - создание клеточной теории

Поскольку к 18 веку были описаны клетки и растений, и животных, стало очевидно сходство их строения. Это позволило Матиусу Шлейдену и Теодору Шванну к 1839г сформулировать 2 из 3^ех положений клеточной теории.

1) Все организмы состоят из одинаковых структурных единиц - клеток.

2) Клетки растений и животных сходны по строению, образуются и растут по одним и тем же законам.

Однако ученые ошибочно полагали, что новые клетки возникают путем образования из неклеточного вещества. Это было опровергнуто Рудольфом Вирховым в 1858г.

3) Всякая клетка происходит из другой клетки.

3 этап - становление современной клеточной теории

В 1930х годах был изобретен электронный микроскоп, что позволило намного глубже изучить строение и функционирование различных компонентов клетки. На основании полученных результатов были сформулированы основные положения клеточной теории.

клеточный деление синтез транскрипция



1. Основные положения современной клеточной теории

* Все живые организмы состоят из клеток.

* Клетка - элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения, индивидуального развития живых организмов. Вне клетки жизни нет.

* Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу. В них сходным образом протекают процессы хранения и реализации наследственного материала, обмена веществ.

* Новые клетки возникают только путем деления из ранее существовавших.

* Клеточное строение всех ныне живущих организмов - свидетельство единства их происхождения.

* Клетки в многоклеточных организмах специализированы: они выполняют разные функции, а также образуют ткани, из которых строятся органы, системы органов, и организм, как единое целое.

Методы исследования

1) Световая микроскопия

Изображение объекта за счет проходящих или отраженных лучей света. С помощью этого метода можно изучить размер и форму клеток, крупные органеллы, хромосомы, исследовать фазы митоза и мейоза. Можно изучать как живые, так и мертвые клетки.

* Фазово-контрастная микроскопия позволяет получить более контрастное изображение.

* Флуоресцентная микроскопия - исследование живых клеток в ультрафиолете. Поглощая световую энергию, вещества начинают светится, что позволяет определить места расположения витаминов, БЖУ, НК. После добавления специальных красителей флуорохромов, позволяет также изучить строение веществ.

* Дифференциальное центрифугирование - при использовании этого метода клеточную массу гомогенизируют (разрушают клетки), далее центрифугируют на разных скоростях. Чем крупнее объект, тем меньшая скорость для его осаждения. Т.о. можно получить их отдельные фракции и их изучать.

2) Электронная микроскопия

Вместо света используется поток электронов, проходящий через электромагнитные поля. Это помогает достичь увеличения в 250 тыс. раз и увидеть клетку, которую не видно в световой микроскоп. Бывает трансмиссионная и сканирующая.

3) Витальное/прижизненное изучение клеток

* Цитофизиологический метод - изучение физиологических процессов в отдельных изолированных клетках.

* Цитохимические методы служат для окраски клеточных структур. Исследование основано на избирательном действии красителя.

* Иммуногистохимические методы основаны на определении антигенов в клетках и на обнаружении тканевых антител.

* Цитоспектрофотометрия - определение количества вещества в клетке в зависимости от поглощения световых лучей определенной длины волны.

* Рентгеноструктурный анализ - изучение конфигурации молекул белка и НК, в зависимости от распределения на объекте рентгеновского излучения.

* Авторадиография - регистрация перемещения веществ, меченных радионуклидами.

* Хроматография основана на разной скорости движения через абсорбент, зависит от молекулярной массы объекта.

* Метод клеточных культур - выращивание клеток в специальной питательной среде в стерильных условиях, где они способны к автономному росту. Позволяет изучать живые клетки, наблюдать за их ростом и развитием вне организма, получать гибриды.

* Микрохирургия - оперативное воздействие на клетку путем внедрения/изъятия из нее отдельных макромолекул.

Химический состав клетки

Живые организмы состоят из тех же хим элементов, что и составляют неживую материю, однако в другом соотношении. В клетке встречается 80 элементов таблицы Менделеева, 40 из них принимают активное участие в обменных процессах. Они являются биогенными, то есть обладают ярко выраженной биологической активностью. В зависимости от содержания в биологических системах, их делят на 3 группы.

1. Макроэлементы - (98%) - С, О, Н, N.

2. Микроэлементы - (1,9%) - K, P, S, Ca, Cl, Na, Mg, Fe

3. Ультромикроэлементы - 0,1%. I, B, Br, Zn, Cu, Co, Mo, Mn и др.

Вода: химические и физические свойства

Вода в среднем составляет 70-80% массы клетки. Кость-20%, печень-70%, мозг-86%. Концентрация воды в клетках прямо пропорциональна интенсивности обмена веществ. Находится в двух формах: 95% свободной и 5% связанной. Потеря 20% смертельна для организма.

Молекула воды небольшого размера, прозрачная, практически несжимаема. Обладает высокой теплопроводностью и теплоемкостью (4200кДж/мольК).

Поскольку атом кислорода более электроотрицателен и оттягивает к себе общие электронные пары, то молекула воды имеет 2 заряженных полюса, т.е. представляет собой диполь. Между молекулами воды образуются водородные связи. Сцепление молекул лежит в основе явления поверхностного натяжения. Благодаря полярности молекул, вода является универсальным растворителем в природе.

Благодаря подвижности молекул воды, возможен осмос. Также вода имеет способность расширятся при замерзании. Способность образовывать гидратационные оболочки вокруг макромолекул необходима для существования коллоидного раствора цитоплазмы.

Значение воды для клетки

1. Универсальный растворитель для полярных веществ.

2. Представляет собой идеальную среду для протекания в биохимических реакций.

3. Транспорт и обмен веществ на клеточном (диффузия) и организменном (кров-е) уровнях.

4. Участвует в терморегуляции путем испарения за счет свойства теплоемкости.

5. Участвует в реакциях гидролиза и фотосинтеза, как источник протона Н+.

6. Обеспечивает осмотическое и тургорное давление за счет свойства несжимаемости. Определяет объем и упругость клеток.

7. Участвует в построении клеточных структур, как компонент цитоплазмы.

8. У некоторых является средой для оплодотворения.

9. Растениям обеспечивает транспирацию и прорастание семян.

По отношению к воде все вещества делятся на 2 группы:

* Гидрофильные - растворимые: белки, моносахариды, минер-е соли, кислоты, щелочи.

* Гидрофобные - нерастворимые: жиры, полисахариды.

* Амфифильные имеют промежуточное состояние: фосфолипиды.

Биологическая роль некоторых химических элементов

Кислород (О) Водород (Н) Углерод (С) Азот (N)	- вода - органические соединения (БЖУ,НК) - синтез органических веществ и участие в функциях, осуществляемых этими органическими веществами
Фосфор (Р)	- костная ткань - нервная ткань - компонент ферментов, фосфолипидов, АТФ, НАДФ, НК
Сера (S)	- компонент аминокислот, ферментов и витаминов - участвует в ОВР организма
Хлор (Cl)	- поддержание осмотического равновесия плазмы крови - поддержание рН желудочного сока
Кальций (Са)	- костная ткань - свертывание крови - мышечные сокращения
Калий (К) Натрий (Na)	- возбуждение нервных клеток - проведение нервных импульсов - мышечные сокращения - обеспечение мембранного транспорта - поддержание осмотического давления - поддержание кислотно-щелочного баланса (pH среды)
Магний (Mg)	- компонент хлорофилла и коферментов - активирует синтез ДНК и энергетический обмен - регуляция работы сердца - обмен Са, Р, Na, K, витамина С, углеводов
Железо (Fe)	- компонент дыхательных ферментов, гемоглобина крови, миоглобина мышц
Медь (Cu)	- участвует в синтезе гемоглобина и кроветворении - обмен витаминов А, В, С, Е, Р
Кобальт (Co)	- синтез белков - компонент витамина В12
Марганец (Mn)	- участвует в процессах дыхания и фотосинтеза - окисление ЖК - обмен витаминов группы В, Е, С - понижает уровень сахара в крови
Цинк (Zn)	- компонент ферментов роста
Йод (J)	- компонент гормонов щитовидной железы
Фтор (F)	- компонент зубной ткани
Хром (Cr)	- обмен БЖУ

Минеральные соли

Большая часть неорганических соединений находится в клетке в виде солей. Они составляют 1-1,5% массы клетки. Их недостаток или избыток может привести к гибели организма. Кроме этого в организме вырабатываются и другие неорганические соединения, к примеру обкладочные железы желудка секретируют HCl. Могут находиться в растворенном и нерастворенном состояниях. Нерастворимые соли входят в состав костей, зубов, раковин и панцирей. Растворимые в воде диссоциируют на ионы: анионы и катионы. Наибольшее значение имеют катионы Na, K, Ca, Mg и анионы хлора, сульфат-анионы, фосфат-анионы, гидрокарбонат-анионы.

Функции ионов:

- активируют ферменты

- участвуют в создании мембран и потенциала клетки.

- обеспечивают проникновение и удержание воды в клетке

- поддерживают осмотическое равновесие: обеспечивают осмотическое давление за счет разности концентраций по обе стороны мембраны

- поддержание кислотно-щелочного баланса: определяют буферные свойства цитоплазмы, т.е. поддерживают слабощелочную pН (7,2-7,4) в тканевой жидкости

Органические компоненты клетки - важнейшие биологические макромолекулы. Гигантские молекулы - полимеры состоят из регулярно повторяющихся звеньев мономеров. К ним относятся белки, жиры и полисахариды.

2. Белки

Белки - биологические высокомолекулярные соединения, полимеры, мономерами которых являются аминокислоты, связанные пептидными связями. Пептидная связь образуется между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой.

Белок составляет 10-20% сырой массы и 50-80% сухой массы клетки. В клетке белки синтезируются на рибосомах. У животных этому предшествует расщепление полученных с пищей белков до аминокислот, которые затем идут на синтез собственных белков.

Аминокислотой называют низкомолекулярное органическое соединение, с радикалом, аминогруппой и карбоксильной группой. Общая формула NH₂-R-COOH. В клетках и тканях встречается около 200 различных аминокислот, но только 20 из них протеиногенные, то есть могут входить в состав белков. Из них 10 заменимых, они образуются в организме в достаточном количестве; остальные 10 незаменимые, которые могут поступать в организм человека только с пищей.

Классификация белков

1) Количество составляющих аминокислот

- олигопептиды: от 2^х до 10^ти аминокислот

- полипептиды: до 100 аминокислот - собственнополипептиды; больше 100 - протеины или белки. Количество а-т в протеинах может доходить до нескольких миллионов

2) Структура/форма белковой молекулы

- фибриллярные белки - полипептидные цепи в форме нити, плохо растворимые в воде. Кератин волос, миозин мышц, коллаген костей, фибриноген крови.

- глобулярные белки - полипептидые цепи в форме шара, хорошо растворимые в воде. Миоглобин, ферменты, белки плазмы крови.

3) Состав

- простые - протеины - состоят только из остатков а-т. (альбумины, глобулины)

- сложные - протеиды - помимо аминокислот они содержат простетическую группу - небелковый компонент. Названия даются в зависимости от его природы:

- хромопротеиды - пигмент. Гемоглобин, миоглобин, хлорофилл, цитохромы

- нуклеопротеиды - НК. Участвуют в хранении и передаче наследственной инф

- гликопротеиды - углеводы. Клеточные мембраны

- липопротеиды - липиды. Ферменты плазматических мембран

- фосфопротеиды - фосфаты. ЦНС, молоко, куриный желток

- металлопротеиды - металлы. Различные ферменты

Уровни организации белка

1) Первичная структура - линейная последовательность аминокислот, соединенных между собой в полипептидную цепь при помощи пептидных связей. Данная последовательность закодирована в ДНК, она определяет свойства и функции белков,.

2) Вторичная структура - полипептидная цепь. Она может иметь форму спирали (альфа) или формировать складки (бета). Вторичная структура стабилизируется водородными связями, возникающими между близлежащими группами С=О и NH.

3) Третичная структура - полипептидная спираль или складчатый слой, свернутый в строго определенную конфигурацию, формируя при этом клубок - глобулу. Она поддерживается водородными, дисульфидными и гидрофобными связями. Ферменты, антитела, гормоны.

4) Четвертичная структура - совокупность нескольких третичных структур, складывающиеся в определенную конфигурацию. Фиксируются силами межмолекулярного взаимодействия, водородными, ионными, ковалентными и иными связями. Характерна не для всех белков.

Гемоглобин состоит из 4 полипептидных цепей, каждая из которых связана с одной группой гемо, в центре которой находится ион Fe, удерживающий кислород.

Денатурация - нарушение структуры белковой молекулы. Она возникает вследствие воздействия физических и химических факторов.

Ренатурация - процесс восстановления. Он возможен только если нарушены 4^ая, 3^ая или 2^ая структуры. Нарушение 1^ой структуры необратимо.

Деструкция - полное разрушение белковой молекулы

Функции белков

1) Транспортная

- участие в активном транспорте веществ через плазматические мембраны против градиента концентрации за счет белков-переносчиков

- гемоглобин транспортирует О₂ и СО₂ между альвеолами легких и клетками организма

- цитохромы отвечают за перемещение электронов в фотосистемах

- фермент Na-K-АТФаза обеспечивает работу натри-калиевого насоса.

2) Двигательная

- белок тубулин входит в состав микротрубочек (веретено деления)

- белок флагелинн обеспечивает движение жгутиков прокариот

- актин и миозин обеспечивают сокращение мышц

3) Рецепторная

- фитохром - светочувствительный белок, участвует в фотопериодической реакции растений

- родопсин - основной зрительный пигмент палочек

- гликопротеиды - компоненты гликокаликса, отвечает за межклеточное взаимодействие животных клеток.

4) Энергетическая

Белки - сложные, высокомолекулярные соединения, которые могут служить источником энергии для клетки. При расщеплении 1г белка выделяется 17,6кДж энергии.

5) Структурная

- обязательный компонент всех клеточных мембран и других клеточных структур.

6) Ферментативная/каталитическая

- ферменты

7) Запасающая

- эндосперм семян

- альбумин яйца

- козеин молока

8) Гормональная

- инсулин

9) Иммунологическая

- антитела, иммуноглобулины

- интерферон

10) Токсическая

- яды грибов, змей, пауков, насекомых

3. Ферменты

Ферменты - вещества белковой природы, которые присутствуют во всех живых клетках (энзимы) и выполняют функции биокатализаторов. Они увеличивают скорость биохимических реакций в миллионы раз. С точки зрения химического состава, ферменты состоят из белковой части - апофермента и небелкового компонента. Если он представлен неорганическим соединением, то называется кофактор, если же органическим веществом, то называется коэнзим.

Свойства ферментов: высокая специфичность

- фермент и его субстрат строго соответствуют друг другу, как ключ и замок.

- катализирование определенной реакции

- действие в определенной последовательности

Строение фермента:

- субстратный центр соединяется с субстратом.

- активный центр - место, куда прикрепляется, где изменяется субстрат, проходит реакция, образуются продукты реакции.

- регуляторный\аллостерический центр поддерживает специфическую структуру молекулы: ускоряет или затормаживает доступ веществ в активный центр

Классификация по типу катализируемой реакции

- оксидоредуктазы - катализируют ОВР

- изомеразы - катализируют изомеризацию

- трансферазы - катализируют перенос функциональных групп

- лигазы - катализируют реакции синтеза с участием энергии АТФ

- гидролазы - катализируют гидролиз (реакции расщепления сложных органических веществ на простые путем присоединения воды)

- лиазы - катализируют негидролитическое отщепление/присоединение функциональной группы

4. Липиды

Липиды - разнородная группа низкомолекулярных маслянистых гидрофобных веществ. Эти жироподобные вещества входят в состав всех клеток и играют важную роль в жизненных процессах. В клетках содержится 5-15% сухой массы. Они нерастворимы в воде, но растворимы в малополярных растворителях, таких как бензин, бензол, эфир, хлороформ.

В растительных клетках липиды синтезируются на гладкой ЭПС. В животных клетках они поступают вместе с пищей, затем расщепляются до глицерина и жирных кислот, и вновь синтезируются в собственные жиры.

Простые липиды

1) Триглицериды - сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и остатков высших жирных кислот. Поскольку гидрофильная карбоксильная группа соединена с глицерином, то молекула проявляет гидрофобные свойства. Жиры выполняют защитную и энергетическую функции. Ими богата подкожно-жировая клетчатка, выполняющая амортизационную и термоизолирующую функции. Некоторые являются незаменимыми.

Насыщенные (твердые животные жиры) - стеариновая, пальмитиновая, масляная кислоты. Говяжий, свиной жир.

Ненасыщенные (жидкие растительные масла) - олеиновая, линолевая, линоленовая. Оливковое масло, рыбий жир

2) Жирорастворимые витамины A, D, E, K

3) Гликолипиды - соединение липидов с углеводами

4) Стероиды - производные холестерина: половые гормоны, кортикостероиды, витамин D, сердечные гликозиды растений, желчные кислоты (эмульгирование жиров). Стерины - обязательный компонент клеточных мембран

5) Воска - сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов. У растений образуют защитную пленку на поверхности листа, предохраняющую от испарения; у ряда животных покрывают тело.

6) Терпены - производные изопрена, которые не содержат жирных кислот: эфирные масла, витамин А, хлорофилл, каротиноиды.

Сложные липиды

Липоиды - сложные эфиры спиртов и высокомолекулярных жирных кислот, содержащие нелипидный компонент.

- стероидные гормоны: аденокротикотропные и половые (тестостерон, эстрадиол)

- пигменты - каротиноиды, гемоглобин, хлорофилл

- липопротеиды - соединение липидов с белками

- фосфолипиды - один из остатков высшей жирной кислоты замещен на фосфорную. За счет этого гидрофильные свойства выражены сильнее и они могут образовывать билипидный слой мембран клеток.

Функции липидов

- энергетическая: 1г жира при окислении дает 38,9кДж энергии

- запасающая: у растений - в эндосперме; у животных - в жировой ткани

- структурная: основа клеточной мембраны с вкраплением гликолипидов и липопротеидов

- термоизоляционная: участие в теплообмене, защита от переохлаждения

- защитная: от механических повреждений, от испарения воды с листьев

- регуляторная - стероидные гормоны, витамины, а у растений регуляторы роста

- источник эндогенной воды в организме: при окислении 1г - 1,1г воды

- фотосинтез: каротиноиды и хлорофилл

- выделительная у некоторых насекомых: жировое тело

- феромоны способствуют встрече полов

- водоотталкивающий восковой налет на поверхности некоторых водных растений

- окраска плодов и растений

5. Адезинофосфорные кислоты

АМФ - аденозинмонофосфат; АДФ - аденозиндифосфат; АТФ - адезинтрифосфат

Аденозинтрифосфорная кислота = аденин + рибоза + 3 фосфорных остатка.

Универсальный переносчик, хранитель и источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Открыт в 1929 году Карлом Ломанном. Содержится в цитоплазме и двумембранных органоидах. АТФ мобилен и доставляет энергию в любую часть клетки.

Две химические связи между тремя остатками фосфорной кислоты богаты энергией и называются макроэргическими, энергия которых (30,6кДж/моль) гораздо больше энергии обычных связей (13кДж/моль). Гидролиз с отщеплением одного фосфорного остатка приводит к выделению 42кДж энергии. Обратный процесс присоединения (синтеза) называется фосфорилированием и идет на мембранах митохондрий во время кислородного этапа энергетического обмена или на мембранах тилакоидов в процессе фотосинтеза.

Помимо энергетической функции АТФ способен выступать в роли фермента и исходным продуктом при синтезе НК.

АТФ + Н2О АДФ + Н₃РО₄ + 42кДж

АДФ + Н2О АМФ + H₃PO₄ + 42кДж

6. Углеводы

Компонент всех без исключения организмов. В клетках растений синтезируются в хлоропластах из углекислого газа и воды под действием солнечного света в процессе фотосинтеза. В организм животных они поступают с пищей. Общая формула С_m(H₂O)_n. Могут содержать азот или серу. В животных клетках содержится 1-5%, в клетках растений до 90%.

Моносахариды

Кристаллические, сладковатые на вкус вещества, хорошо растворимы в воде. Принимают активное участие в обмене веществ в клетке. Дают реакцию серебряного зеркала и восстанавливают медь при добавлении фелинговой жидкости. В зависимости от количества атомов углерода подразделяются на: триозы, тетрозы, пентозы (рибоза, дезоксирибоза); гексозы (виноградный сахар глюкоза, плодовый сахар фруктоза, галактоза)

Олигосахариды

Образованы из небольшого количества (2-10) молекул моносахаридов, соединенных вместе гликозидной связью. Растворимы в воде, сладкие на вкус. Дисахариды объединяют два моносахарида:

- сахароза = глюкоза + фруктоза: тростниковый/свекловичный сахар

- лактоза = глюкоза + галактоза: молочный сахар

- мальтоза = глюкоза + глюкоза: солодовый сахар

Полисахариды

Сложные высокомолекулярные углеводы, образованные сотнями молекул моносахаридов, соединенных вместе гликозидной связью. Нерастворимы в воде, не имеют сладкого вкуса. Делятся на гетерополисахариды (гепарин) и гомополисахариды (крахмал, хитин, гликоген).

Крахмал = амилоза + амилопектин, их мономерами является глюкоза. Это основное запасное вещество растений, в больших количествах накапливается в плодах, клубнях, корневищах и т.д. При реакции с йодом окрашивается в синий цвет.

Гликоген (животный крахмал) - запасной полисахарид животных и грибов, у человека в небольших количествах накапливается в мышцах и печени. Молекулы имеют разветвленное строение, мономером является глюкоза.

Целлюлоза/клетчатка - основной опорный полисахарид растений. Молекулы имеют линейное строение, мономером является глюкоза. Целлюлоза является основой древесины. Она химически инертна, не растворяется в кислотах и щелочах. Также не расщепляется под действием пищеварительных ферментов человека, однако ее переработке способствуют бактерии толстой кишки. Стимулирует сокращения ЖКТ.

Хитин - компонент клеточных стенок грибов и панцирей членистоногих. Мономером является азотсодержащий моносахарид.

Муреин - клеточная стенка бактерий

Функции углеводов

1) Структурная: клеточные стенки, надмембранный слой из гликокаликса у животных

2) Энергетическая: расщепление 1г - 17,6кДж

3) Компоненты ДНК, РНК, АТФ, НАДФ

4) Запасающая: крахмал у растений, гликоген у животных, бактерий, грибов

5) Защитная: хитиновый покров членистоногих



7. Нуклеиновые кислоты

НК - сложные природные высокомолекулярные соединения, биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Имеют универсальное распространение в живой природе, имеются даже у вирусов. Обеспечивают хранение, передачу и реализацию наследственной информации живых организмов. Составляют 1-5% сухой массы клетки. Открыты в 1868 году Фридерихом Линнером при исследовании хим состава сперматозоидов и лейкоцитов.

Существует 2 типа НК: рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК). Нуклеотид - сложное соединение, название которого происходит от названия азотистого основания, входящего в него. Состоит из 3^х компонентов:

1) Азотистое основание: А, Г, Ц встречаются во всех НК; Т - только ДНК; У - только РНК.

- состоящие из 2^х колец производные пурина: аденин, гуанин.

- состоящие из 1^ого кольца производные пиримидина: тимин, цитозин, урацил.

2) Пятиуглеродный сахар - моносахарид пентоза: рибоза в РНК и дезоксирибоза в ДНК.

3) Фосфат - остаток фосфорной кислоты.

8. ДНК

Молекула ДНК - биополимер, мономерами которого являются дезоксирибонуклеотиды. Двойная правозакрученная спираль была открыта в 1953 году Ф. Криком и Д. Уотсоном. Нити ДНК соединены между собой водородными связями по принципу комплиментарности. Молекула ДНК эукариотических клеток находится в ядрах, митохондриях и пластидах. Ядерная ДНК представлена незамкнутыми молекулами, составляющими основу хромосом. У прокариот ДНК располагается в цитоплазме и имеет кольцевую форму. Свойства ДНК:

1) Плавление - денатурация ДНК.

2) Репарация - способность к самовосстановлению после ошибок в процессе редупликации. Те изменения, которые не удалось исправить, ведут к образованию мутаций.

3) Репликация - способность к самоудвоению. Обеспечивает точное воспроизведение в дочерних молекулах той информации, которая была записана в материнской молекуле.

4) Комплиментарность - образование водородных связей между азотистыми основаниями комплиментарных нуклеотидов. В одной комплиментарной паре должно быть три кольца: пуриновое и пиримидиновое основания. Напротив аденина одной нити располагается тимин другой, 2 водородные связи (А=Т); напротив цитозина - гуанин, 3 водородные связи (Ц=Г).

5) Антипараллельность: напротив 5" конца одной нити находится 3" конец другой нити молекулы ДНК. 5"конец начинается от атома фосфата, прикрепленного к 5_ому атому углерода пентозы, а 3"конец начинается с гидроксильной группы, прикрепленной к 3_ему атому.

Азотистое основание и пентоза вместе составляют нуклеозид. Между фосфорным остатком одного нуклеотида и моносахаридом другого имеется фосфорно-диэфирная связь.

Азотистое основание	Нуклеозид	Нуклеотид
Аденин	Аденозин	(А) - адениловый
Гуанин	Гуанозин	(Г) - гуаниловый
Уроцил	Уридин	(У) - уридиниловый
Тимин	Тимидин	(Т) - тимидиловый
Цитозин	Цитизин	(Ц) - цитидиловый



ДНК - хим основа хромосомного генетического материала, несет инф о структуре белков.

У всех живых организмов количественное содержание азотистых оснований в молекулах ДНК подчинено правилам Чаргаффа: число пуринов равно числу пиримидинов: А+Г=Ц+Т; число адениловых оснований равно числу тимидиловых,а число гуаниловых - цитозиловым: А=Т и Г=Ц. Благодаря этому свойству, последовательность нуклеотидов одной цепи определяет их последовательность другой цепи.

9. РНК

Рибонуклеиновая кислота - биополимер, мономерами которого являются рибонуклеотиды. Молекула представляет собой одиночную цепь нуклеотидов, сходную по строению с отдельной нитью ДНК. Однако пентоза представлена рибозой, а вместо тимина, аденину комплиментарен урацил. Образуются в процессе транскрипции. Места нахождения: ядро, митохондрии, пластиды, рибосомы, цитоплазма. К редупликации не способна. Лабильна. Различают 3 вида РНК:

1) Рибосомная р-РНК (80%) - входит в состав рибосом, образуется в ядрышке. Основной функцией является осуществление трансляции и катализ пептидных связей.

2) Информационная и-РНК\м-РНК (2-4%) - матрица для синтеза полипептидных цепей. Инф о первичной структуре белка записана в виде последовательности нуклеотидов, причем каждую аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов - кодон.

3) Транспортная т-РНК (16%) - транспорт аминокислот на рибосомы, к месту синтеза белка. На одной из петель содержится антикодон - триплет нуклеотидов для прикрепления соответствующей аминокислоты.

Протопласт - содержимое растительной\ бактериальной клетки, кроме клеточной оболочки.

Производные протопласта:

- клеточная оболочка (грибы, растения)

- клеточный сок

- запасные вещества

- экскреторные вещества

10. Цитоплазма

Цитоплазма образует внутреннее содержимое клетки щелочной реакции, заключенное между плазмалеммой и ядром. Способность цитоплазмы к движению - циклоз. Состоит из гиалоплазмы и находящихся в ней разнообразных внутриклеточных структур.

Цитоплазматический матрикс \ гиалоплазма \ цитозоль - водный коллоидный раствор неорганических и органических веществ: растворимые белки, полисахариды, липиды, РНК. Способна изменять свою вязкость от полужидкого золя до более плотного студнеобразного геля: чем жиже консистенция, тем интенсивнее протекают процессы жизнедеятельности. Отвечает за внутриклеточные взаимодействия, транспорт веществ; является растворителем, средой для биохимических реакций.

Органоиды - постоянные компоненты клетки, которые имеют определенное строение и выполняют определенные функции в процессе жизнедеятельности клетки. Подразделяются на мембранные, немембранные, смешанного происхождения.

11. Цитоплазматическая мембрана

Плазмолемма - наружная клеточная мембрана. У растений и грибов изолирует цитоплазму от клеточной оболочки. Цитоскелет представлен субмембранным комплексом из микротрубочек и микрофиламентов. Состоит из билипидного слоя с вкраплением белков: жидкостно-мозаичной модель. Липиды (45%): фосфолипиды, холестерин. Молекула состоит из ориентированной наружу гидрофильной полярной головки (1), где находится остаток фосфорной кислоты; ориентированных внутрь гидрофобных неполярных хвостов (7), которые содержат остатки жирных кислот. За счет гидрофобности, мембрана обеспечивает разделение внутренней и внешней водных сред.

В структуру мембраны входят также сложные белковые молекулы (50%):

- периферические белки (5) гидрофил-е мозаично располагаются по обе стороны мембраны

- полуинтегральные белки (2) погружены в липидный бислой на разную глубину

- интегральные белки (3) гидрофобн-е пронизывают мембрану насквозь. К ним относится состоящий из гидрофобных аминокислот трансмембранный альфа-спиральный белок (4).

- рецепторные белки распознают молекулы по принципу «свой-чужой»

- ферментативные белки способны переносить электроны и преобразовывать их энергию в энергию химических связей.

Функции мембранных белков: транспортная, ферментативная, рецепторная, структурная: образуют каналы и гидрофильные поры, через которые проходят полярные вещества.

На наружной части мембраны содержатся углеводы(6): гликопротеины, гликолипиды. В животных клетках на поверхности располагается надмембранный слой из цепочек гликопротеидов - гликокаликс (5%). Обеспечивает связь клетки с внешней средой, содержит рецепторы, участвует во внеклеточном пищеварении.

Функции мембран

1) Ограничивающая - отделяет внутреннее пространство клетки от внешней среды.

2) Компратментализация - разграничение внутреннего пространства на изолированные друг от друга отсеки.

3) Энерготрансформирующая - синтез, запасание и расходование энергии АТФ.

4) Каталитическая - ферментные комплексы, за счет которых идут различные интенсивные синтетические реакции.

5) Рецепторная - восприятие сигналов окружающей среды; распознавание с помощью белков-рецепторов; образование межклеточных связей.

6) Избирательная проницательность - мембрана является полупроницаемой, т.е через нее проходят только вещества, необходимые клетке, или те, от которых надо избавиться. Это происходит благодаря нескольким видам мембранного транспорта.

Пассивный транспорт

Без затрат энергии по градиенту концентрации, т.е из области высокой в область низкой.

- простая диффузия, идет непосредственно через билипидный слой

- диффузия через каналы, т.е. через каналообразующие белки (3)

- облегченная диффузия идет с помощью белков-переносчиков

- осмос - транспорт молекул воды, имеет большое значение в жизни клетки.

В гипертоническом растворе вода покидать клетку. Животные клетки съеживаются, а у растительной происходит отстаивание цитоплазмы от клеточной стенки - плазмолиз(2).

В гипотоническом растворе вода проникает в клетку, и в итоге животные разрываются. Растительные клетки имеют плотную клеточную оболочку, поэтому остаются целыми. Явление заполнения клеточным содержимым всего пространства клетки - деплазмолиз(1).



Активный транспорт

С затратами энергии АТФ при участии белков-переносчиков против градиента концентрации, т.е из области низкой в область высокой.

1) Натри-калиевый насос за один цикл работы выкачивает из клетки 3Na⁺ и закачивает 2К⁺. Энергия для данного процесса появляется в ходе расщепления АТФ мембранным белком.

2) Экзоцитоз - процесс выведения веществ из клетки: непереваренных остатков пищи или необходимых для жизнедеятельности веществ. Передача нервных импульсов основана на выделении из клетки медиаторов.

3) Эндоцитоз - поглощение клеткой крупных частиц и макромолекул. При этом мембрана образует впячивания, а затем формирует фагосомы - пузырьки, в которых заключены поглощаемые объекты. Затем они сливаются с лизосомой и образует пищеварительную вакуоль фаголизосому, где под действием ферментов её содержимое расщепляется, а затем усваивается клеткой. Различают два вида эндоцитоза:

- фагоцитоз - поглощение твердых частиц. Из-за плотной клеточной оболочки в клетках растений и грибов фагоцитоз практически невозможен. Характерно для простейших и лейкоцитов. Явление фагоцитоза открыто Мечниковым в 1882г.

- пиноцитоз - поглощение жидкостей. Наблюдается в эпителиальных клетках кишечника и эндотелиальных клетках кровеносных сосудов. Таким путем в клетку могут попасть вирусы.

*Тонопласт отграничивает крупную растительную вакуоль от цитоплазмы.

Органиоды - обязательные, постоянные компоненты клетки, без которых невозможна ее жизнедеятельность.

Включения - необязательные, непостоянные компоненты клетки, без которых возмлжна ее жизнедеятельность: капли масла в семенах подсолнечника, зерна крахмала в картофеле, кристаллы оксолата в клетках бегонии.

12. Ядро

Крупный двумембранный органоид преимущественно сферической формы. Большинство клеток имеют 1 ядро, но некоторые содержат до 15 (нейрон). Ядро отвечает за хранение и передачу наследственной информации и за контроль жизнедеятельности клетки.

1) Кариолемма - двумембранная ядерная оболочка. Наружная мембрана несет рибосомы. Межмембранное пространство сообщается с ШЭПС. Оболочка пронизана ядерными порами, через которые вещества проникают в ядро и покидают его.

2) Карио/нуклеоплазма - ядерный сок, куда погружены хроматин и ядрышко. Обеспечивает взаимосвязь структурных компонентов ядра, содержащиеся в нем ферменты катализируют ряд обменных реакций.

3) Хроматин - структурное видоизменение хромосом в неделящемся ядре. Существует в 2^х формах: эухроматин - нити: слабо уплотненные, с них считывается генетическая инф.; гетерохроматин - гранулы: сильно уплотненные, спирализованные участки хроматина, генетически неактивны. Хроматин состоит из ДНК- и РНК- протеинов, ферментов и т.д. Отвечает за синтез специфических НК и передачу наследственной инф. В процессе деления (митоз, мейоз) хроматиновые нити упаковываются в хромосомы.

4) Ядрышки - непостоянные тельца округлой формы. Образуются на определенных участках хромосом, несущих инф о структуре р-РНК (ядрышковый организатор). Исчезают в конце профазы и восстанавливаются в после окончания деления. В ядрышке формируются субъединицы рибосом, которые затем поступаю в цитоплазму, где завершается их сборка.

13. Митохондрии

Двумембранные органоиды овальной формы. Матрикс - основное вещество митохондрий. В нем находится собственные рибосомы, кольцевая ДНК, РНК, которые обеспечивают синтез собственных митохондриальных белков и передачу наследственной информации. Внешняя мембрана митохондрий гладкая, непроницаема для многих веществ. Внутренняя образует кристы - выросты, которые увеличивают площадь поверхности для протекания различных химических реакций. Там расположены многочисленные белковые ферменты, образующие дыхательную цепь. В митохондриях протекает аэробный окислительный этап энергетического обмена, в ходе которого идет расщепление органики и высвобождение энергии, которая идет на синтез АТФ. Способны размножаться делением; перемещаться в цитоплазме за счет микротрубочек.

14. Пластиды

Крупные двумембранные полуавтономные органоиды только растительных клеток.

1) Хлоропласты - зеленые пластиды зеленых частей растений. Образуются в растительных клетках из протопластид. Осенью превращаются в хромопласты, в результате чего листья и плоды приобретают красную и желтую окраску. В основном имеют овальную форму, но у некоторых водорослей они большего размера и сложной формы - хроматофоры.

Внутреннее пространство заполнено - стромой, где находятся собственные кольцевая ДНК, рибосомы, ферменты. Там идет темновая стадия фотосинтеза. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует систему мембранных пузырьков - тилакодов, где закреплены молекулы хлорофилла, там проходит световая стадия. Тилакоиды, собранные в стопки - граны. Зеленая окраска обусловлена наличием хлорофилла - основного фотосинтетического пигмента. Каротиноиды - дополнительные пигменты, становятся заметными осенью, когда хлорофилл разрушается. Способны к синтезу собственных белков.

2) Хромопласты - красные, оранжевые и желтые пластиды, богатые каротиноидами. Придают цветкам и плодам растений окраску для привлечения насекомых. В опадающих листьях и спелых плодах содержатся конечные продукты обмена - кристаллические каротиноиды. Собственно хромопласт имеет круглую форму, если же он образовался из хлоропластов, то принимает форму кристаллов каротиноидов.

3) Лейкопласты - бесцветные пластиды сферической формы. В них откладывается запас питательных веществ (крахмал, масла и белки). Распространены в нефотосинтезирующих частях растений, но на свету их строение усложняется: в них образуется хлорофилл и они превращаются в хлоропласт.



15. Клеточные стенки

Клеточная оболочка определяет форму клетки, служит механической опорой, выполняет защитную функцию, предохраняет от разрыва вследствие деплазмолиза. Транспорт воды и растворенных в ней веществ идет быстрее по клеточным стенкам, чем по цитоплазме.

У растений основой КС является целлюлоза, пространство между пучками ее нитей заполняют вода и другие углеводы. Через поры плазмодесмы, прикрытые мембранами ЭПС, идет транспорт веществ. Накопление дубильных или жироподобных веществ в КС ведет к одревеснению и опробковению, вытеснению воды и отмиранию клеточного содержимого. Между КС соседних стенок находятся желеобразные срединные пластинки, которые скрепляют тело растения. Разрушаются в процессах опадения листьев и созревания плодов.

У грибов основой КС является хитин - азотосодержащий углевод. Так же, как и у растений, КС препятствует фагоцитозу.

У бактерий основой КС является муреин -углевод с вкраплением пептидов. Кнаружи от КС могут выделяться иные полисахариды, образующие защитную слизистую капсулу.

16. Эндоплазматическая сеть (ретикулум)

ЭПС или ЭР - одномембранный органоид, представленный системой мембранных полостей и канальцев. Занимает 30% содержимого цитоплазмы. Строение мембраны ЭПС аналогично наружной, поэтому они вместе с и ядерной оболочкой они образует единую систему.

Осуществляют транспорт веществ в клетке и между соседними клетками. Также делит клетку на отдельные изолированные секции - компартменты, в которых одновременно могут протекать различные физиологические процессы и химические реакции.

- шероховатая ЭПС содержит рибосомы и участвует в биосинтезе белка, который затем идет в Аппарат Гольджи.

- гладкая ЭПС синтезирует липиды и углеводы, образование лизосом, обезвреживание токсичных веществ.

17. Комплекс гольджи

КГ - система уплощенных мембранных цистерн, от которых отделяются мелкие пузырьки. Структурной единицей является диктиосома - стопка цистерн, в секреторный полюс которой приходят вещества с противоположного строительного полюса. Подвергаясь превращениям, они упаковываются в пузырьки и направляются в другие части клетки.

- синтетическая: в цистернах идет модификация БЖУ и синтез полисахаридов.

- строительная: участие в формировании клеточной оболочки и образование лизосом

- накопительная и секреторная: накопление продуктов синтеза и диссимиляции, которые упаковываются в мембранные пузырьки и поступают в цитоплазму. Одни из них используются клеткой, а другие выводятся наружу.

18. Лизосомы

Одномембранные органоиды в виде пузырьков с гидролитическими ферментами. Сами лизосомы образуются в комплексе Гольджи, а их ферменты - в ШЕПС. Первичные лизосомы содержат неактивные ферменты, а вторичные - активные.

Они разрушают отмершие органоиды клетки - автофагия, а также осуществляют ее самопереваривание - автолиз. В некоторых случаях уничтожают органы - хвост головастика. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания, диффундируют через мембрану и используются другими частями клетки. Затем лизосомы встраиваются в плазмалемму и удаляют непереваренные частички путем экзоцитоза.

19. Пероксисомы

Пероксисомы содержат фермент каталазу, который обладает самым быстродействующим эффектом и расщепляет образовавшийся в результате ОВР пероксид водорода до Н₂О и Н₂.

20. Вакуоли

Ограниченная тонопластом полость, заполненная клеточным соком - водным раствором с растворенными органическими и неорганическими веществами. Он запасает питательные вещества, регулирует водно-солевой баланс, поддерживает тургорное давление клетки, осуществляя запасающую, выделительную, лизосомную, осмотическую, ферментативную, защитную и другие функции. Центральная вакуоль в клетке растений может занимать до 90% объема клетки, оттесняя остальные органоиды на переферию. У ряда растений рост клетки осуществляется за счет растяжения вакуоли.

Пищеварительная вакуоль в клетке животных осуществляет внутриклеточное пищеварение за счет содержания литических ферментов.

Сократительная вакуоль у простейших содержит воду и растворенные в ней продукты метаболизма. Участвует в осморегуляции и удалении жидких продуктов метаболизма.

21. Рибосомы

Немебранные органоиды округлой или грибовидной формы, состоящие из 2х субъединиц. Состоят из белка и р-РНК. Встречаются в клетках всех организмов.

* Прокариотические: 3 молекулы р-РНК и 55 молекул белка; константа седиментации 70S. (также, как и в рибосомах митохондрий и пластид).

* Эукариотические: 4 молекулы р-РНК и 100 молекул белка; константа седиментации 80S. Молекулы р-РНК синтезируются по ДНК, субъединицы образуются в ядрышке, а затем транспортируются в цитоплазму. Обычно находятся в диссоциированном состоянии, но перед синтезом белка объединяются с и-РНК в единый комплекс. Некоторые способны объединяться вдоль и-РНК в цепочки полисомы.

* Связанные рибосомы располагаются на мембранах ШЭПС. Отвечают за трансляцию белков, сборку мембран, образование вакуолей и лизосом.

* Свободные рибосомы располагаются в цитоплазме, митохондриях и хлоропластах, где идет синтез собственных белков (образование полипептидной цепи первичной структуры).

22. Микротрубочки

Немембранные цилиндрические органоиды. Состоят из субъединиц сократительного белка тубулина. Его молекулы образуют 13 длинных цепей, которые складываются в плотную спираль с полостью внутри. Микротрубочки формируют цитоскелет клетки, обеспечивают циклоз и перемещение органоидов по клетке. Участвуют в образовании клеточного центра, базального тельца и ресничек. Разные виды белка отходят от стенок микротрубочек и способны

- связывать микротрубочки в дуплеты и триплеты.

- складывать дуплеты и триплеты в цилиндр.

- связывать дуплет внутри цилиндра с самим цилиндром.

23. Клеточный центр

Центросома - немембранный органоид в цитоплазме вблизи ядра. Встречается во всех животных клетках и некоторых клетках растений. Состоит из уплотненной цитоплазмы центросферы и 2^х взаимно перпендикулярных центриолей. Центриоль - полый цилиндр, стенки которого образованы 9^ю триплетами микротрубочек под углом 45*. (9*3)

Образует трубочки цитоскелета, жгутики и реснички. Также участвует в делении клетки: формирует веретено деления, что способствует равномерному расхождению хромосом.

24. Базальное тельце

Немебранный органоид, состоящий из одного цилиндра, стенки которого образованы 9^ю триплетами микротрубочек. Отличие от центриоли заключается в том, что от каждого триплета к центру отходят белковые нити. Поперечный срез напоминает колесо. Располагаются в основании жгутиков и ресничек, обеспечивая их согласованное движение.



25. Органоиды смешанного происхождения