• 1. Общие замечания
• 2. Физико-химические особенности крови человека
• 3. Свертывание крови
• 4. Группы крови

Общие замечания

Внутренняя среда организма — это среда, образованная жидкостями, принимающими непосредственное участие в процессах обмена веществ и поддержании в организме гомеостаза; характеризуется относительным постоянством состава и физико-химических свойств.

Жидкости внутренней среды представляют собой сложные многокомпонентные растворы органических и неорганических соединений, содержащие, как правило, во взвешенном состоянии множество различных отдельных форменных элементов — клеток, частиц и т.д.

Виды жидких тканей внутренней среды:

■ тканевая жидкость — жидкость, находящаяся в межклеточном пространстве различных тканей; обеспечивает независимость клеток от внешней среды и поддержание гомеостаза; образуется из плазмы крови, проникшей через стенки капилляров в межклеточное пространство, и из продуктов жизнедеятельности, поступающих из клеток; объем тканевой жидкости у взрослого человека в 3 раза превышает суммарный объем крови и лимфы; большая часть тканевой жидкости возвращается обратно в кровяное русло, меньшая ее часть поступает в слепо замкнутые капилляры лимфатических сосудов, образуя лимфу;

■ кровь и лимфа — жидкости, циркулирующие по кровеносным и лимфатическим сосудам, проникающим во все живые ткани организма; выполняя транспортные функции, кровь и лимфа косвенно — через тканевую жидкость — участвуют в работе всех органов и тканей организма;

■ трансцеллюлярные жидкости — жидкости специального назначения: ликвор (заполняет спинномозговой канал и желудочки мозга), синовиальная жидкость (находится в суставах), водянистая влага (в передней камере глаза) и др.

❖ Биологические барьеры, ограничивающие жидкие ткани организма:

■внешние биологические барьеры (кожа, слизистые оболочки ротовой и носовой полостей, кишечника) отделяют внутреннюю среду организма от окружающей среды;

■ внутренние биологические барьеры разграничивают жидкие ткани внутри организма; это клеточные мембраны (отделяют содержимое клеток от межклеточной жидкости) и гистогемати-ческие барьеры (отделяют кровь от межклеточной жидкости).

Жидкие ткани внутренней среды тесно взаимосвязаны: тканевая жидкость образуется из плазмы крови и является основой для образования лимфы; в кровь поступают и тканевая жидкость, и лимфа и т.д.

Физико-химические особенности крови человека

Кровь — разновидность соединительной ткани; «жидкая ткань», циркулирующая в кровеносной системе и обеспечивающая жизнедеятельность организма.

■ Основные компоненты и функции крови, общие для всех животных, подробно рассмотрены в «Кровь, тканевая жидкость и лимфа и их особенности у человека«. Поэтому в данном параграфе основное внимание уделяется особенностям крови человека.

Основные физико-химические параметры крови взрослого человека:

■ масса крови составляет около 6-8% от общей массы тела;

■ объем крови составляет в среднем 4,5 л у женщин и 5,4 л у мужчин;

■ удельный вес цельной крови- 1,05-1,06 г/см³;

■ вязкость крови составляет около 4,5, вязкость плазмы — 2,2 (если вязкость воды принимается за 1);

■ кислотно-щелочной баланс (соотношение концентраций водородных Н⁺ и гидроксильных ОН^— ионов) артериальной крови pH_арт = 7,4, венозной крови (содержащей большое количество угольной кислоты) рН_вес = 7,35.

❖ Замечания:

■ изменения кислотно-щелочного баланса плазмы — ацидоз (смещение баланса в кислотную сторону) и алкалоз (смещение его в щелочную сторону) — наблюдаются при диабете, отравлениях, голодании, заболеваниях желудочно-кишечного тракта и сопровождаются воспалительными процессами);

■ при усиленном дыхании из крови удаляется большое количество угольной кислоты, что смещает кислотно-щелочной баланс в щелочную сторону;

■ при рН_арт=7,2 наступает коматозное состояние — потеря сознания, расстройство жизненно важных функций.

Состав плазмы крови человека:

■ вода — 90%;

■ хлорид натрия NaCl и ионы Na⁺, Cl^— — всего 0,9%;

■ катионы К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ и др. и анионы НРО₄^—, НСО₃^— и др. -всего 0,1%;

■ белки — 7%; среди них белки, участвующие в реакциях иммунитета (иммуноглобулины) и в процессе свертывания крови (протромбин и фибриноген), придающие крови вязкость (альбумин), поддерживающие водно-солевой баланс; ферменты и др.;

■ липиды — 0,8%;

■ глюкоза — 0,10-0,12% (изменение концентрации глюкозы в крови — гипер- или гипогликемия — вызывает обморочное состояние и при больших отклонениях от нормы приводит к смерти);

■ витамины, аминокислоты;

■ продукты распада белков, подлежащие выведению из организма: мочевина, мочевая кислота, креатинин, аммиак.

Осмотическое давление крови определяется концентрацией растворенных в плазме веществ и в норме составляет 7,3 атм.

Изотонические растворы — растворы, осмотическое давление которых такое же, как у плазмы крови, — 7,3 атм.

Гипертонические растворы имеют большее осмотическое давление, гипотонические растворы — меньшее осмотическое давление.

Строго определенная концентрация NaCl в плазме крови необходима для создания стабильного осмотического давления. В среде с более низким содержанием NaCl эритроциты будут поглощать воду до тех пор, пока не лопнут. В среде с более высоким содержанием NaCl вода выходит из эритроцитов, и они сморщиваются. В обоих случаях кровь перестает выполнять свои основные функции. Поэтому при больших кровопотерях в кровь вводят не чистую воду, а искусственный физиологический раствор, в котором концентрации солей, особенно NaCl, строго соответствуют плазме крови.

❖ Эритроциты — красные безъядерные клетки крови, имеющие эластичную мембрану; содержат гемоглобин (молярная масса около 17 000 а.е.м.; составляет более 90% массы эритроцита; обеспечивает транспорт кислорода) и фермент карбоангидразу (обеспечивает транспорт двуокиси углерода),

❖ Основные характеристики эритроцитов человека:

■ имеют вид двояковогнутого диска диаметром 7-8 мкм и толщиной 2 мкм;

■ количество эритроцитов в одном кубическом миллиметре крови у человека составляет около 5 млн. у мужчин и 4,5 млн. у женщин (мужские половые гормоны усиливают образование эритроцитов, женские — тормозят);

■ общее количество эритроцитов в крови взрослого здорового мужчины-около 27×10¹², взрослой женщины — 18×10¹²,

■ суммарная площадь поверхности эритроцитов 3500-3800 м²;

■ средняя продолжительность жизни эритроцитов 100-120 суток;

■ ежесекундно в организме человека разрушается (в печени и селезенке) 2-10 млн. эритроцитов и столько же образуется (в красном костном мозге плоских костей грудины, черепа, ребер, позвонков, ключиц, лопаток, головок длинных трубчатых костей).

Запас эритроцитов на случай кровопотери находится в селезенке, хранящей до 300 мл крови.

Малокровие (анемия) — состояние организма, при котором в крови снижается количество эритроцитов и/или уменьшается со-1 и;ржание в них гемоглобина, в результате чего ткани испытывают недостаток кислорода.

■ Причины малокровия: плохое питание, инфекционные заболевания, кровопотери, авитаминозы, злокачественные опухоли, недостаток железа в пище (при вегетарианском питании).

Скорость оседания эритроцитов (СОЭ): если предотвратить шертывание крови и оставить ее на несколько часов в капиллярной трубочке, то эритроциты начнут оседать вниз. Измерение СОЭ важно для диагностики заболеваний, так как при различных воспалительных процессах, протекающих в организме, СОЭ повышается.

■ Норма СОЭ у мужчин 3-9 мм/час, у женщин 7-12 мм/час.

Лейкоциты — бесцветные, разнообразные по форме и функциям клетки крови, имеющие ядро, способные к делению, самостоятельному амебоидному передвижению, захватыванию и перевариванию чужеродных для организма микрообъектов, а также к образованию антител; обеспечивают выработку иммунитета (см. ниже).

■ Лейкоциты осуществляют свои функции в просвете кровеносных сосудов и в тканях, куда они мигрируют сквозь небольшие отверстия в стенках капилляров; попав в ткань, они обратно в кровь не возвращаются. Только в ротовую полость ежесекундно выходит около 5000 лейкоцитов; поглощая опасных микроорганизмов, они отравляются их токсинами и гибнут.

Основные характеристики лейкоцитов человека:

■ размер большинства лейкоцитов — 8-12 мкм;

■ количество лейкоцитов в одном кубическом миллиметре крови у взрослого здорового человека составляет 6000-8000;

■ общее количество лейкоцитов в крови взрослого здорового человека — около 30 млрд.;

■ средняя продолжительность жизни лейкоцитов — 2-4 суток (у некоторых видов лейкоцитов — несколько лет);

■ скорость самостоятельного амебоидного передвижения лейкоцитов — около 1 мм за 150 с;

■ один лейкоцит может поглотить 20-30 микроорганизмов;

■ различают 5 типов лейкоцитов: нейтрофилы (составляют 70% всех лейкоцитов), эозинофилы (1,5%), базофилы (0,5%), лимфоциты (24%), моноциты (4%) (см. с. 332);

■ размер моноцитов достигает 50 мкм.

❖ Тромбоциты — уплощенные двояковыпуклые, окруженные мембранами безъядерные тельца, содержащие вещества, участвующие в свертывании крови.

❖ Основные характеристики тромбоцитов человека:
■ имеют округлую, овальную или неправильную форму;
■ диаметр 2-4 мкм, толщина 0,50-0,75 мкм;
■ количество тромбоцитов в одном кубическом миллиметре крови у взрослого человека составляет 150-300 тыс.;
■ общее количество тромбоцитов в крови взрослого здорового человека — около 700-1500 млрд.;
■ средняя продолжительность жизни тромбоцитов — 5-10 суток.

Свертывание крови

Процесс свертывания крови подробно рассмотрен в «»Кровь, тканевая жидкость и лимфа и их особенности у человека«»; в этом же статье мы приводим (в целях повторения и закрепления материала) лишь схему, иллюстрирующую этот процесс.

❖ Замечания:
■ процесс свертывания крови регулируется нервной и эндокринной системами;
■ свертываемость крови ускоряется при болевых раздражениях;
■ препятствуют свертыванию крови лимоннокислые и щавелевокислые соли; а полностью его устраняют гепарин (выделяют из тканей легких и печени) и гирудин (выделяют из слюнных желез пиявок).

Группы крови

После переливания крови от одного человека (донора) другому (реципиенту) может произойти агглютинация (склеивание) и последующее разрушение эритроцитов, что приводит к гибели реципиента.

Агглютинация — склеивание эритроцитов, лейкоцитов, бак-герий и др. в результате взаимодействия антител с антигенами. На-

■шюдается в организме при переливании неодногрупповой крови; применяется в лабораторных методах для определения групп крови.

Механизм агглютинации:

■ на мембранах эритроцитов крови могут иметься специфические вещества — агглютиногены видов А или/и В, обладающие антигенными свойствами;

■ в плазме крови могут находиться специфические вещества белковой природы — антитела агглютинины α или/и β ;

■ агглютинация наступает при взаимодействии одноименных антигенов и антител: А + α или В + β ;

■ наличие или отсутствие конкретного вида агглютиногена на мембранах эритроцитов или конкретного вида агглютинина в плазме крови определяется группой крови и не изменяется в течение всей жизни.

Группы крови — иммунные особенности крови разных людей, обусловленные наследственными различиями в наличии или отсутствии конкретных видов агглютиногенов (А или/и В) на мембранах эритроцитов и конкретных видов агглютининов (а или/и р ) в плазме крови.

■ В настоящее время используется система АВО, разработанная К. Ландштейнером и Я. Янским (см. таблицу).

Теперь при переливании крови используют донорскую кровь только той же группы, что и у реципиента. Однако в исключительных случаях допускается переливание крови (в зависимости от их групп) в соответствии со схемой, приведенной на рисунке ниже.

■ При переливании крови также необходимо учитывать резус-фактор.

Резус-фактор — особый белок-антиген, содержащийся в эритроцитах большинства людей (около 85%) и макаки-резус; передается по наследству и не меняется в течение всей жизни.

При наличии резус-фактора кровь называется резус-положительной (обозначается Rh⁺), при его отсутствии кровь называется резус-отрицательной (обозначается Rh^—).

■ Попадание резус-фактора в кровь человека, у которого этот белок не вырабатывается, создает угрозу его жизни.

■ При резус-конфликтной беременности (мать Rh⁺, плод Rh^—) возможны осложнения вследствие образования иммунных антител к Rh^— -фактору. Повторная резус-конфликтная беременность может вызвать агглютинацию эритроцитов и тяжелые осложнения.

Универсальные доноры — люди, обладающие I группой крови, — их кровь можно переливать людям всех групп, а им — кровь только I группы.

Универсальные реципиенты — люди, обладающие IV группой крови, — им можно вводить кровь любой группы, но их кровь — только людям с IV группой.

The post Внутренняя среда организма. Кровь first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Клеточный цикл
• 2. Митоз
• 3. Прямое бинарное деление. Амитоз
• 4. Мейоз

Клеточный цикл

Развитие многоклеточного организма обычно начинается с единственной клетки. В процессе роста организма количество клеток в нем возрастает в тысячи и миллионы раз. В течение жизни многие клетки повреждаются или постепенно «изнашиваются» и заменяются новыми.

Новые клетки возникают в результате деления надвое уже существующих.

Делятся не все клетки; некоторые способны делиться только на ранних стадиях развития организма, другие — только при повреждении органов и тканей, в состав которых они входят. Вновь образованные клетки способны к делению после некоторого периода роста.

Способы деления клетки: митоз, прямое бинарное деление, амитоз, мейоз.

Клеточный цикл — это период в жизнедеятельности клетки от ее возникновения в результате деления материнской клетки до собственного деления или до гибели.

Митотический цикл — совокупность процессов, протекающих в клетке от одного деления до другого, включая подготовку к делению и само деление.

■В непрерывно размножающихся тканевых клетках многоклеточных организмов клеточный цикл совпадает с митотическим.

Периоды митотического цикла: пресинтетический, синтетический, постсинтетический, митоз.

Интерфаза — промежуток жизнедеятельности клетки между двумя митозами; характерна интенсивным синтезом веществ и ростом клетки. Включает пресинтетический, синтетический и постсинтетический периоды.

Пресинтетический (или постмиотический) период (обозначается G₁)

■ Продолжительность: начинается сразу после деления и длится, в зависимости от типа клетки, от нескольких часов до нескольких лет и десятилетий.

■ Основные процессы: интенсивный метаболизм и рост клетки; синтез и-РНК, т-РНК, р-РНК, структурных белков и ферментов, АТФ, накопление нуклеотидов ДНК; образование в клетке органоидов (митохондрий, хлоропластов, рибосом, ЭПС и др.).

■ Содержание генетического материала: 2n1хр; диплоидный набор хромосом, каждая хромосома содержит одну хроматиду.

Синтетический период (обозначается S)

■ Продолжительность: от нескольких минут до 6-12 ч.
■ Основные процессы: репликация (удвоение) ДНК; синтез белков-гистонов (с ними связывается каждая нить ДНК), РНК, ферментов, АТФ и др.
■ Содержание генетического материала: 2n2хр (диплоидный набор хромосом).

Постсинтетический (или премиотический) период (обозначается G₂)
■ Продолжительность: 3-4 ч.
■ Основные процессы: интенсивный синтез белков, и-РНК, АТФ; накопление энергии; деление митохондрий и хлоро-пластов; удвоение центриолей (в тех клетках, в которых они имеются); постепенное прекращение выполнения клеткой своих функций.
■ Содержание генетического материала: 2n2хр.

Замечание. В течение интерфазы хроматины (нити ДНК, связанные с белками-гистонами) почти не спирализованы, поэтому хромосомы распределены по всему ядру в виде рыхлой массы и плохо различимы в оптический микроскоп.

Митоз

Подготовка к делению клеток начинается в период интерфазы с репликации молекулы ДНК.

Митоз — способ непрямого деления клетки, при котором из материнской клетки образуются две дочерние, каждая из которых содержит точно такой же набор хромосом, как и в ядре материнской клетки. Митоз — основной способ деления эукариотических клеток.

Значение митоза. Митоз обеспечивает:
■ равное и в точности одинаковое распределение генетической информации между дочерними клетками,
■ сохранение кариотипа особей одного вида,
■ генетическую преемственность в ряду клеточных поколений,
■ рост и развитие организма,
■ восстановление тканей и органов,
■ бесполое размножение организмов.

Фазы (стадии) митоза: профаза, метафаза, анафаза, тело-фаза.

Профаза

■ Основные процессы: спирализация хроматина, приводящая к укорочению и утолщению его нитей и формированию хорошо заметных хромосом в виде двух нитевидных хроматид, соединенных центромерой; постепенное растворение ядрышек и распад ядерной оболочки; в конце фазы хромосомы беспорядочно расположены в цитоплазме клетки; центриоли расходятся к полюсам клетки; из микротрубочек формируется веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а другая часть прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала не изменяется: 2n2хр.

Метафаза

■ Основные процессы: максимальная спирализация нитей хроматина; завершение формирования веретена деления; под влиянием микротрубочек этого веретена хромосомы выстраиваются в плоскости экватора клетки, образуя метафазную пластинку.

■ Содержание генетического материала остается прежним: 2n2хр.

Анафаза

Основные процессы: каждая удвоившаяся хромосома расщепляется на две идентичные дочерние хромосомы; под влиянием микротрубочек веретена деления дочерние хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки.

Содержание генетического материала: у каждого полюса клетки — полный диплоидный .набор хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (2n1хр).

Телофаза

■Основные процессы: хромосомы раскручиваются (деспирализуются), снова превращаясь в рыхлую массу ДНК и белка, и становятся плохо видимыми; разрушается веретено деления; у каждого полюса вокруг хромосом из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах формируются ядрышки; одновременно идет деление цитоплазмы с образованием двух клеток.

■ В клетках животных цитоплазма делится кольцевой перетяжкой; в клетках растений цитоплазма делится с помощью срединной пластинки, которая образуется из содержимого пузырьков комплекса Гольджи.

■Содержание генетического материала: дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n1хр).

Прямое бинарное деление. Амитоз

❖ Прямое бинарное деление характерно для прокариот. Их клетки содержат только одну кольцевую молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране.

■ Основные процессы: перед делением клетки молекула ДНК реплицируется, и каждая из двух образованных идентичных молекул ДНК прикрепляется к клеточной мембране. В процессе деления клеточная мембрана врастает между двумя молекулами ДНК, так что в каждой дочерней клетке оказывается по одной такой молекуле.

❖ Амитоз — прямое деление клетки без образования веретена деления путем перетяжки и деления интерфазного ядра.

■Наблюдается у некоторых одноклеточных организмов, клеток печени, хрящей, роговицы, растущего клубня картофеля, клеток стареющих, поврежденных и больных тканей с физиологически ослабленной функцией и т.д.

■Особенности: хроматин не спирализуется и хромосомы в световой микроскоп неразличимы; ядрышки и ядерная оболочка не распадаются; веретено деления не образуется; клеточные компоненты и генетический материал (ДНК) между дочерними клетками распределяются произвольно; возможно деление одной клетки более чем на две; амитоз требует очень малых затрат энергии.

■ Основные процессы: путем перетяжек на две или несколько частей разделяется сначала ядрышко, а затем и ядро; перешнуровывается и делится на части цитоплазма клетки, при этом образуются две или несколько дочерних клеток.

■Замечание. При амитозе перетяжка и деление цитоплазмы часто отсутствуют; в этом случае возникают двух- и многоядерные клетки.

Мейоз

❖ Мейоз — особый тип деления клеток, в результате которого из одной диплоидной (2n) материнской клетки образуется четыре гаплоидные (In) дочерние клетки, т.е. происходит редукция (уменьшение) числа хромосом в клетке вдвое; существует у организмов с половым размножением.

■ У кого наблюдается и к чему приводит:

— у всех многоклеточных животных и некоторых низших растений (и приводит к образованию половых клеток — гамет); при оплодотворении ядра гаметы сливаются, и диплоидный набор хромосом восстанавливается;

— у высших растений протекает перед цветением и приводит к образованию гаплоидного гаметофита, в котором образуются гаметы;

— у многих грибов и водорослей протекает в зиготе сразу после оплодотворения и приводит к образованию гаплоидного мицелия или слоевища, а затем спор и гамет.

Значение мейоза. Мейоз обеспечивает:
■ образование гаплоидных половых клеток и спор у организмов;
■ постоянство кариотипа (набора различных ДНК) в ряду поколений организмов данного вида;
■ чрезвычайное разнообразие генетического состава гамет и спор в результате кроссинговера и, как следствие, появление разнообразного и разнокачественного потомства при половом размножении организмов (т.е. мейоз служит основой комбинативной генотипической изменчивости организма).

Конъюгация — процесс тесного соединения гомологичных (парных) хромосом своими одинаковыми участками (подобно застежке «молния»). При этом происходит дальнейшая спирапизация хроматид, которые переплетаются друг с другом.

В результате конъюгации образуются биваленты — хромосомные пары, имеющие в своем составе четыре нити хроматид (тетраду). Конъюгация приводит к перекресту хромосом, обеспечивая основу для проявления одного из видов комбинативной изменчивости.

Кроссинговер — перекрест хроматид, принадлежащих разным гомологичным хромосомам конъюгированной пары, последующий их разрыв в точках соединения между собой, обмен между хромосомами гомологичными (содержащими одни и те же гены) участками хроматид и восстановление целостности нитей хроматид.

■ Кроссинговер приводит к перераспределению генетического материала между хромосомами.

Подготовка к делению соматических клеток высших растений и животных начинается в период интерфазы с репликации молекулы ДНК, после которой каждая хромосома оказывается представлена в ядре в двух экземплярах — гомологической парой.

Механизм мейоза. Мейоз — это непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений (называемых мейоз I и мейоз II). Мейоз I — это редукционное деление, в результате которого образуются две гаплоидные клетки; мейоз II — это эквационное деление (гаплоидность клеток сохраняется).

■ В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

■ Первое (редукционное) мейотическое деление

Профаза I (наиболее длительная и сложно организованная фаза): хроматин спирализуется с образованием различимых в оптический микроскоп хромосом, исчезает ядрышко и ядерная оболочка; гомологичные хромосомы сближаются по всей длине и попарно конъюгируют с образованием бивалентов. Конъюгированные хромосомы продолжают спирализоваться, при этом возможно переплетение их хроматид. Затем между гомологичными хромосомами в бивалентах возникают силы отталкивания, и хромосомы постепенно начинают разделяться. Однако разделение не является полным: в области плеч хромосом образуются хиазмы -небольшие области, в которых хромосомы соединяются и образуют перекресты; в этих областях возможен кроссинговер, приводящий к изменению сочетания генов в хромосомах. Начинается формирование веретена деления. К концу профазы I хиазмы исчезают, растворяются ядерная оболочка и ядрышки.

Метафаза I: спирализация бивалентов становится максимальной; завершается формирование веретена деления, его микротрубочки прикрепляются к центромерам хромосом и выстраивают биваленты у экватора клетки так, что гомологичные хромосомы оказываются расположенными сверху и снизу от экватора на одинаковом расстоянии от него.

Анафаза I: микротрубочки веретена деления растягивают гомологичные хромосомы к полюсам клетки. Содержание генетического материала — 1p2хр у каждого полюса.

Телофаза I: микротрубочки веретена деления исчезают, формируются два ядра, происходит деление цитоплазмы. Образуются две дочерние клетки; каждая из них содержит гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома — две хроматиды; содержание генетического материала 1n2хр. (У растений эта фаза отсутствует: клетка переходит из анафазы I в метафазу II.)

Интеркинез — короткий интервал между первым и вторым мейотическими делениями. S-период отсутствует, репликация ДНК не происходит. Второе (эквационное) мейотическое деление (проходит по типу митоза)

Профаза II непродолжительна и включает процессы, аналогичные митозу: двухроматидные хромосомы утолщаются, цен-триоли расходятся к полюсам клеток, начинается формирование веретена деления.

Метафаза II: завершается формирование веретена деления, хромосомы выстраиваются по экватору клеток, микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом.

Анафаза II: центромеры двухроматидных хромосом делятся надвое, и микротрубочки веретена деления растягивают к полюсам клеток дочерние однохроматидные хромосомы (выбор полюсов для разделенных хроматид — случайный).

Телофаза II: однохроматидные хромосомы деспирализуются (удлиняются), разрушаются микротрубочки веретена деления, формируются ядрышки и ядерные оболочки, происходит деление цитоплазмы клеток.

* Каждая из четырех дочерних клеток является гаплоидной с однохроматидными хромосомами (lnlxp).

❖ Причины комбинативной генотипической изменчивости организма:
■ перекомбинация генетического материала в процессе кроссинговера;
■ случайное отхождение хромосом (в анафазе I) и хроматид (в анафазе II) к одному или другому полюсу.

The post Воспроизведение клеток first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Общие понятия
• 2. Фотосинтез
• 3. Хемосинтез
• 4. Биосинтез белка. Генетический код
• 5. Катаболизм (энергетический обмен)
• 6. Аэробное клеточное дыхание
• 7. Анаэробное дыхание. Брожение

Общие понятия

Обмен веществ, или метаболизм, — строго упорядоченная совокупность химических превращений, которые обеспечивают все проявления жизнедеятельности организма и его вещественное и энергетическое взаимодействие с окружающей средой.

В процессе метаболизма клетки и организм получают из окружающей среды определенные вещества и энергию, преобразуют (и при необходимости накапливают) их и выделяют в среду конечные продукты и энергию в других формах.

Значение обмена веществ: он позволяет
■ сохранять состав клеток организма постоянным,
■ обновлять, по мере необходимости, клеточные структуры,
■ поддерживать энергетический баланс клеток и организма.

Важнейшие особенности обмена веществ: высокая упорядоченность и строгая последовательность всех биохимических реакций в организме, участие в них всех клеточных структур и очень большого числа различных биологических катализаторов — ферментов.

❖ Виды обмена веществ в зависимости от направленности процессов: анаболизм и катаболизм.

Анаболизм (или ассимиляция, пластический обмен) — совокупность реакций биохимического синтеза, при котором из поступивших в клетку более простых веществ образуются (с затратами энергии) сложные органические соединения, специфические для данной клетки и используемые для построения и обновления клеток и тканей или, в дальнейшем, для высвобождения энергии (примеры: фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка, липидов, углеводов и др.).

Катаболизм (или диссимиляция, энергетический обмен) — совокупность ферментативных реакций расщепления сложных органических соединений (в том числе пищевых веществ) на более простые вещества, сопровождающееся высвобождением энергии и запасанием ее в молекулах АТФ {пример: гидролиз полимеров до мономеров и последующее их расщепление до воды, аммиака и углекислого газа).

Взаимосвязь анаболизма и катаболизма:
■ они являются противоположными сторонами единого процесса обмена веществ;
■ в реакциях анаболизма (пластического обмена) потребляется энергия, выделяемая в реакциях катаболизма (энергетического обмена);
■ для осуществления реакций катаболизма необходим постоянный биосинтез ферментов и структур органоидов, которые в процессе жизнедеятельности постепенно разрушаются.

Фотосинтез

Фотосинтез — это процесс синтеза органических веществ из молекул углекислого газа и воды, происходящий с использованием энергии света (обычно солнечной энергии) в зеленых растениях, некоторых бактериях и протистах и сопровождающийся выделением кислорода.

■ Осуществляется с помощью хлорофиллов и каротиноидов, локализованных на мембранах тилакоидов хлоропластов.
■ Коэффициент полезного действия фотосинтеза ~60%.
■ Уравнение фотосинтеза:

6СO₂ + 6Н₂O + свет → С₆Н₁₂O₆ + 6O₂↑.

Стадии фотосинтеза: световая (осуществляется в тилакоидах гран) и темновая (осуществляется в строме хлоропластов).

Процессы световой фазы
Видимый свет частично поглощается хлорофиллом, в результате чего некоторые его молекулы возбуждаются и теряют электроны е^—, превращаясь в положительно заряженные ионы. Одновременно под действием света происходит фотолиз (фоторазложение) воды с образованием ионов ОН^— и Н⁺ : Н₂O → ОН^— + Н₊ . Ионы Н^— накапливаются преимущественно на внутренней стороне мембраны, заряжая ее положительно. Некоторые гидроксильные группы ОН^— теряют электроны, восстанавливаясь до радикалов ОН, которые объединяются, образуя воду и свободный кислород, выделяемый в атмосферу:

ОН^— → ОН + е^—, 4OН → 2Н₂О +O₂↑_.

Часть электронов, потерянных возбужденным хлорофиллом и гидроксилом, пройдя по электронно-транспортной цепи мембраны, накапливается преимущественно на ее внешней стороне, заряжая ее отрицательно. Оставшиеся электроны рекомбинируют с частью образовавшихся положительно заряженных ионов хлорофилла.

В результате разделения заряженных частиц е^— и Н⁺ между внешней и внутренней сторонами мембраны образуется электрическое поле. Когда оно достигает некоторой критической величины, ионы Н⁺ (протоны) устремляются по протонному каналу в ферменте АТФ-синтетаза, встроенному в мембрану тилакоида, к внешней поверхности мембраны. Достигнув ее, они соединяются с электронами, образуя атомарный водород:   Н+е^—→Н. При этом выделяется энергия, которая идет на синтез молекул АТФ. Образовавшиеся молекулы АТФ переходят в строму хлоропласта. Нейтральные атомы водорода Н соединяются с молекулами кофермента, кратко называемого НАДФ (см. ниже), образуя комплексы НАДФ*Н⁺ Н⁺, которые также переходят в строму.

Результаты процессов световой фазы: образование молекул АТФ, комплексов НАДФ*Н⁺ Н⁺ и свободного кислорода О₂.

Процессы темновой фазы происходят в строме хлоропласта, куда поступает АТФ, НАДФ*Н⁺ Н⁺ (от тилакоидов гран) и СО₂ (через устьица из воздуха). В присутствии ферментов молекулы СО₂ присоединяются к молекулам присутствующего в строме сахара-пентозы рибупозодифосфата (С₅). При этом образуется нестойкое шестиуглеродное соединение (С₆), которое ферментативным путем распадается на две триозы (С₃) — трехуглеродные молекулы фосфоглицериновой кислоты и фосфоглицеринового альдегида (которые для краткости обозначим ФГ). Превращения молекул ФГ происходят при участии продуктов световой фазы (АТФ и комплексов НАДФ*Н⁺ Н⁺). Каждая из молекул ФГ отнимает по одной фосфатной группе у молекулы АТФ, обогащаясь при этом энергией, а затем отщепляет атомы водорода от НАДФ*Н⁺ Н⁺ , окисляя его до НАДФ. Дальнейшие превращения молекул ФГ осуществляются по одному из трех вариантов. Одна часть этих молекул объединяется, образуя углеводы (глюкозу) и воду; полученные углеводы затем могут полимеризоваться, образуя крахмал, целлюлозу и т.п. Другая часть участвует в синтезе аминокислот, карбоновых кислот, спиртов и др. Третья часть молекул ФГ участвует в цепочке реакций, в результате которых триозы превращаются в пятиуглеродные молекулы исходного вещества — рибулозодифосфата, тем самым замыкая цикл химических превращений — C₃-цикл, или цикл Кальвина.

■ Итоговое уравнение химической реакции темновой фазы: 

6СО₂ + 24Н → С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О.

В дальнейшем могут образовываться полисахариды и другие органические соединения.

Схематически световая и темновая фазы процесса фотосинтеза изображены на рисунке.

❖ С₄-фотосинтез. У некоторых растений жарких засушливых мест (кукурузы, сахарного тростника) фотосинтез осуществляется при низких концентрациях СО₂. С помощью особого фермента молекула СО₂ присоединяется к трехуглеродной фос-фофенолпировиноградной кислоте, в результате чего образуется четырехуглеродная щавелевоуксусная кислота (ЩУК). Эта кислота затем переходит в другие клетки листа, где от нее СО₂ отщепляется и накапливается в количествах, необходимых для нормального протекания фотосинтеза с образованием глюкозы.

❖ Кислотный метаболизм толстянковых (САМ) — способ фиксации двуокиси углерода суккулентами, живущими в условиях пустынь (кактусы, молочаи и др.). Они запасают СО₂ в виде органических кислот ночью когда открыты устьица, а днем осуществляют фотосинтез, отщепляя СО₂ от этих кислот.

❖Бактериальный фотосинтез — примитивная, древнейшая форма фотосинтеза, осуществляемая фотосинтезирующими бактериями (зелеными серными, пурпурными серными и пурпурными несерными) с помощью бактериохлорофиллов без использования воды и без выделения кислорода; источник Н⁺ и е^— — H₂S.

НАД и НАДФ — коферменты, участвующие в обмене веществ, служащие акцепторами атомов водорода и электронов в клетке и обеспечивающие перенос протонов и электронов в химических реакциях, причем сами они в этих реакциях не участвуют.

Коферменты — органические соединения небелковой природы, входящие в состав активного центра некоторых ферментов. Соединяясь с белковым компонентом сложных ферментов, ко-фермент образует каталитически активный комплекс. Коферменты легко отделяются от белковой молекулы и служат переносчиками электронов, отдельных атомов или групп атомов, отщепляемых ферментами от субстратов.

❖ Значение фотосинтеза: он основной источник первичного органического вещества, единственный источник свободного кислорода на Земле и регулятор содержания СО₂ в атмосфере; энергия, полученная от Солнца и запасенная в химических связях органических соединений, используется всеми гетеротрофными организмами.

Хемосинтез

Хемосинтез — процесс синтеза органических веществ, происходящий за счет энергии, выделяющейся при окислении ряда неорганических соединений (сероводорода, аммиака, водорода и др.).

■ Хемосинтез характерен для некоторых автотрофных аэробных и анаэробных бактерий-хемосинтетиков.

Роль бактерий-хемосинтетиков: азотфиксирующие бактерии повышают урожайность почвы, серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород, участвуют в очищении от соединений серы промышленных сточных вод, железобактерии вырабатывают Fe(OH)₃, образующий болотную железную руду, водородные бактерии используются для получения пищевого и кормового белка.

Биосинтез белка. Генетический код

Биосинтез — процесс синтеза сложных органических веществ (полисахаридов, белков, нуклеотидов и т.д.) из более простых, происходящий в живых организмах при участии ферментов.

Биосинтез белка — это процесс образования белков из аминокислот, осуществляющийся во всех клетках и происходящий на рибосомах, расположенных в основном в цитоплазме.

Каждая клетка имеет специфический набор белков, характерных только для этой клетки. Информация о том, какие белки должны синтезироваться в клетках данного организма, записана в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.

Ген — участок молекулы ДНК, характеризующийся определенной последовательностью нуклеотидов, в котором закодирована информация о первичной структуре полипептидной цепи (последовательности аминокислот в конкретном белке) или нуклеотидов в РНК. В одной молекуле ДНК содержится от сотен до десятков тысяч генов.

Генетический код — это единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот ДНК и и-РНК и виде последовательности нуклеотидов.

❖ Свойства генетического кода:
■триплетность: каждая аминокислота кодируется определенным триплетом (или кодоном) — сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов;
■ множественность (или избыточность): одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими различными триплетами (от 2 до 6);
■ однозначность: каждый триплет кодирует только одну аминокислоту;
■ неперекрываемость: один нуклеотид не может входить в состав соседних триплетов;
■ непрерывность: гены в цепи нуклеотидов имеют строго фиксированные стартовые (или инициирующие) кодоны и терминирующие кодоны, сигнализирующие об окончании синтеза полипептидной цепи; внутри последовательности нуклеотидов гена «знаки препинания» отсутствуют;
■ универсальность: одинаковые триплеты кодируют одну и ту же аминокислоту у всех живых организмов.

Матричный синтез — синтез молекул сложных органических веществ (белка, РНК, ДНК) из более простых на основе генетической информации, закодированной на матрице.

Матрица — это готовая структура (молекула ДНК или и-РНК), содержащая закодированную генетическую информацию, в соответствии с которой осуществляется синтез новой структуры.

Кодон — три рядом расположенных нуклеотида в молекулах ДНК или и-РНК, кодирующие одну аминокислоту.

Реакции матричного синтеза: редупликация молекулы ДНК, синтез и-РНК (транскрипция), сборка молекулы белка (трансляция):

❖ Этапы процесса биосинтеза белка:
транскрипция (1-й этап),
трансляция (2-й этап).

При этом параллельно должен проходить процесс рекогниции. Информация о последовательности аминокислот в молекуле белка содержится в гене молекулы ДНК, которая непосредственного участия в синтезе белковых молекул не принимает, а лишь передает нужную информацию молекуле-посреднику и-РНК.

❖ Транскрипция — процесс «считывания» генетической информации с молекулы ДНК и копирование ее на молекулу и-РНК.

Механизм транскрипции: фермент РНК-полимераза раскручивает двойную спираль молекулы ДНК на участке, соответствующем определенному гену, и обнажает одну из цепей спирали. Двигаясь вдоль этой цепи и встретив инициирующий кодон, РНК-полимераза начинает подбирать в кариоплазме нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам гена ДНК, и соединяет их в цепочку и-РНК (молекулы информационной РНК). Процесс завершается после того как РНК-полимераза встретит в цепочке нуклеотидов ДНК терминирующий кодон. Таким образом, в результате транскрипции последовательность нуклеотидов, расположенных на участке от инициирующего до терминирующего кодона, «переписывается» в последовательность нуклеотидов и-РНК.

■ Каждый триплет нуклеотидов и-РНК является кодоном, по которому в процессе сборки молекулы белка будет подбираться соответствующая аминокислота.

Синтезированная в ядре и-РНК отделяется от ДНК и через поры ядерной оболочки поступает в цитоплазму, где присоединяется к одной или нескольким рибосомам.

❖Рекогниция — это процесс «узнавания» молекулой т-РНК (транспортной РНК) свойственной ей аминокислоты и образование комплекса т-РНК + активированная аминокислота.

Строение молекулы т-РНК.

Благодаря определенному расположению комплементарных нуклеотидов и образованию между некоторыми из них водородных связей молекула т-РНК напоминает по форме лист клевера. На ее верхушке расположен антикодон -триплет свободных нуклеотидов, ответственный за узнавание соответствующего (комплементарного ему) кодона молекулы и-РНК.

Основание молекулы т-РНК является акцептором, т.е. служит местом прикрепления именно той и только той аминокислоты, которой соответствует антикодон данной молекулы т-РНК.

Механизм рекогниции: для того чтобы молекула т-РНК могла присоединить к своему акцепторному концу аминокислоту, необходимо, чтобы аминокислота была активирована, т.е. имела определенную избыточную энергию. Активация аминокислот происходит в цитоплазме с помощью специального фермента (ами-ноацил-т-РНК-синтетазы), который расщепляет молекулы АТФ и передают выделившуюся при этом энергию молекулам аминокислот. Молекула т-РНК выбирает из цитоплазмы соответствующую ее антикодону активированную аминокислоту и переносит ее в рибосому. Одна молекула т-РНК может транспортировать только одну аминокислоту.

Трансляция — это второй этап синтеза белка, выполняемый рибосомами по принципу комплементарное кодона и-РНК и антикодона т-РНК. В процессе трансляции осуществляется расшифровка генетической информации, переносимой молекулами и-РНК, и «перевод» ее с нуклеотидного кода на аминокислотный.

Механизм трансляции. Для трансляции необходимо, чтобы цепь и-РНК оказалась в канале, образующемся между меньшей и большей субъединицами рибосомы. В процессе трансляции эта цепь движется по каналу, так что в нем в каждый момент времени находится всего два кодона молекулы и-РНК. Трансляция начинается с инициации, когда через канал рибосомы пройдет стартовая аминокислота {метионин). В большую субъединицу рибосомы непрерывно поступают комплексы т-РНК + аминокислота, которые сменяют друг друга, причем в любой момент времени там находятся два комплекса, расположенные рядом. Если антикодон т-РНК оказывается комплементарным кодону и-РНК, то комплекс т-РНК + аминокислота временно присоединяется к цепочке и-РНК. Ко второму кодону и-РНК присоединяется второй комплекс т-РНК + аминокислота. С помощью ферментов между аминокислотами этих комплексов устанавливается пептидная связь и одновременно разрушаются связи между первой аминокислотой и т-РНК и между первой т-РНК и цепочкой и-РНК. т-РНК уходит из рибосомы за следующей аминокислотой, а цепочка и-РНК сдвигается на один триплет, и процесс повторяется.

В результате каждого такого шага молекула будущего белка увеличивается на одну аминокислоту в строгом соответствии с порядком, указанным молекулой и-РНК. Синтез полипептидной белковой цепи завершается тогда, когда в рибосому попадут терминирующие кодоны и-РНК. После этого полипептидная белковая молекула отделяется от рибосомы и поступает в канальцы ЭПС, где приобретает свойственную ей пространственную структуру.

■ Одна молекула и-РНК позволяет считывать с себя информацию сразу нескольким рибосомам.

Полисома — это комплекс, состоящий из и-РНК и нескольких (от 5-6 до нескольких десятков) рибосом.

■ Полисомы позволяют одновременно осуществлять синтез нескольких полипептидных цепей

■Синтез белковых молекул происходит непрерывно; за 1 мин образуется 50-60 тыс пептидных связей. Одна молекула белка синтезируется за 3-4 с.

Катаболизм (энергетический обмен)

Катаболизм (или энергетический обмен, диссимиляция) — это совокупность ферментативных реакций расщепления сложных органических соединений (в том числе пищевых веществ) на более простые вещества, сопровождающихся выделением энергии.

■ При этом часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в макроэргических связях АТФ и используется для обеспечения процессов жизнедеятельности клетки. Основное вещество, используемое клетками для получения энергии, -глюкоза.

❖ Этапы (стадии) катаболизма:
■ подготовительный,
■ бескислородный,
■ кислородный (отсутствует у анаэробных организмов).

❖Подготовительный этап (или пищеварение): биополимеры расщепляются до мономеров, белки — до аминокислот, жиры -до глицерина и жирных кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Протекает в цитоплазме клеток и пищеварительном тракте животных и человека. Сопровождается наибольшим выделением энергии в виде тепла. Бескислородный и (у аэробных организмов) кислородный этапы катаболизма составляют процесс клеточного дыхания.

Аэробное клеточное дыхание

Клеточное дыхание — совокупность процессов окисления органических веществ в клетках организмов, сопровождающихся выделением энергии, и накопление этой энергии в молекулах АТФ в форме, доступной клетке для ее последующего использования.

■ В зависимости от участия или неучастия кислорода в процессе дыхания различают аэробное и анаэробное дыхание.

■При любом способе дыхания в конечном итоге происходит перенос водорода, отщепляемого от окисляемых соединений, на неорганическое вещество (воду и др.).

Аэробное дыхание — дыхание, при котором потребляется свободный атмосферный кислород.

Аэробы — организмы, обитающие в среде свободного кислорода (большинство растений, животных, грибов и микроорганизмов).

❖ Бескислородный (или анаэробный) этап: мономеры, образовавшиеся на первом этапе, претерпевают дальнейшее расщепление без участия кислорода. (Пример: гликолиз — ферментативное анаэробное расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты.) Выделяющаяся при этом энергия частично запасается в микроэргических связях АТФ. Протекает в цитоплазме клеток при участии ферментов; с мембранами не связан. У анаэробных организмов этот этап — конечный.

■ В животных клетках в результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты и две молекулы АТФ:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ — 2С₃Н₄О₃ + 2 АТФ + 2Н₂О + Q₁;

при этом 60% энергии выделяется в форме теплоты, 40% идет на синтез двух молекул АТФ.

❖ Кислородный (или аэробный) этап: образовавшиеся на предыдущем этапе вещества окисляются (при доступе кислорода и при участии ферментов) до конечных продуктов -Н₂О и СО₂, с выделением большого количества энергии и аккумуляцией ее в молекулах АТФ. Осуществляется в митохондриях.

■ Этот этап включает цикл Кребса и процессы окислительного фосфорилирования.

❖ Цикл Кребса (или цикл лимонной кислоты)- процесс ферментативного окисления три- и дикарбоновых кислот (в частности, пировиноградной и молочной кислот) с образованием диоксида углерода и атомарного водорода.

■ Сначала пировиноградная (или молочная) кислота, соединяясь с коферментом А (Ко-A) и выделяя молекулу СО₂, превращается в ацетил-КоА. Ацетил-КоА реагирует с щавелевоуксусной кислотой, образуя при этом лимонную кислоту, которая затем вступает в цикл ферментативных реакций. В результате она теряет атомы водорода и электроны и вновь образует щавелевоуксусную кислоту и СО₂ (цикл замыкается). В цикле Кребса также происходит восстановление некоторых ферментов, участвующих в обеспечении процесса дыхания. За счет энергии, высвобождающейся в некоторых реакциях цикла, по его ходу синтезируются две молекулы АТФ.

■ Итоговые уравнения расщепления (окисления) пировиноградной и молочной кислот:

С₃Н₄О₃ + ЗН₂О -> ЗСО₂ + 10Н;  С₃Н₆О₃ + ЗН20 -> 3СО₂ + 12Н.

Углекислый газ выделяется из митохондрии в окружающую среду, а атомы водорода оказываются связанными с молекулами, кратко называемыми НАД, в комплексы НАД*Н.

Окислительное фосфорилирование.

При сближении комплексов НАД*Н с внутренней мембраной митохондрии атомы водорода отщепляются от НАД и присоединяются к встроенным в эту мембрану молекулам особого транспортного железосодержащего белка — переносчика катионов, диссоциируя при этом на протоны Н⁺ и электроны е^—: Н → Н⁺ + е^—.

С помощью белка-переносчика катионы водорода Н⁺ проникают через внутреннюю мембрану митохондрии в межмембранное пространство (механизм активного транспорта) и накапливаются там, образуя протонный резервуар.

Электроны, образовавшиеся при диссоциации атомов водорода, последовательно передаются от одного переносчика к другому к внутренней стороне мембраны (обращенной к матриксу) и с помощью фермента оксидазы присоединяются к кислороду, образуя анион кислорода:

О₂ + 2е^— → О_2^2-.

■ В результате разделения положительно и отрицательно заряженных частиц между внешней и внутренней сторонами мембраны образуется электрическое поле. Когда оно достигает некоторой критической величины, в молекулах фермента АТФ-синтетазы, встроенного во внутреннюю мембрану, открываются протонные каналы, по которым протоны Н⁺ устремляются в матрикс митохондрии. При этом выделяется энергия, большая часть которой (55%) идет на синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

■ Протоны Н⁺ соединяются с анионами кислорода, образуя воду и молекулярный кислород О₂:

4Н⁺ + 2О_2^2- → 2Н₂О + О₂.

В этой реакции два из каждых четырех атомов кислорода связываются в молекулах воды, поэтому в процессе дыхания в целом кислород расходуется.

 Итоговое уравнение кислородного этапа:

2С₃Н₄О₃ + 6О₂ + 36АДФ + З6Н₃РО₄ →6СО₂ + 36АТФ + 42Н₂О.

❖ Замечания

■ В результате расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. на бескислородном этапе — 2АТФ и на кислородном этапе — 36АТФ. Эти молекулы выходят за пределы митохондрии и участвуют во всех внутриклеточных процессах, в которых необходима энергия. Расщепляясь, АТФ отдает энергию и в виде АДФ и фосфата возвращается в митохондрии.

■ Свободный кислород О₂, поступающий в митохондрии в процессе дыхания организма, необходим для присоединения протонов водорода Н⁺. В его отсутствие концентрация Н⁺ возросла бы до некоторого предельного значения, после чего аэробный процесс в митохондриях прекратился бы.

■ При недостатке в клетке глюкозы в процесс дыхания могут включаться жиры и белки.

Анаэробное дыхание. Брожение

Анаэробное дыхание не требует потребления кислорода. Анаэробы — организмы, способные обитать в бескислородной среде.

Примеры анаэробов: многие виды бактерий, микроскопические грибы; анаэробное дыхание возможно также у мышечных клеток и клеток растений при недостатке кислорода.

Облигатные анаэробы (бактерия ботулизма и др.) существуют только при полном отсутствии О₂ (кислород для них губителен).

Факультативные анаэробы (дрожжи, черви-паразиты и др.) могут существовать как без О₂, так и в его присутствии.

Брожение — анаэробный окислительно-восстановительный процесс расщепления в лизосомах клетки органических соединений до молочной кислоты и воды, этилового спирта и углекислого газа (или некоторых других простых продуктов), посредством которого организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.

■ При брожении происходит перенос водорода, отщепляемого от окисляемых соединений, на органическое вещество (молочную кислоту, этиловый спирт и др.).

❖Виды брожения в зависимости от образующихся продуктов: молочнокислое (молочнокислые бактерии, мышечные клетки при недостатке О₂), маслянокислое, уксуснокислое, спиртовое (дрожжи) и др.

■Молочнокислое брожение: в результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноград-ной кислоты (которая затем превращается в молочную) и две молекулы АТФ:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ →2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + Q₁,.

■ Спиртовое брожение: продуктами гликолиза являются этиловый спирт, АТФ, вода и углекислый газ:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ →2С₂Н₅ОН + 2АТФ + 2СО₂ + Q₂.

The post Обмен веществ и превращение энергии в клетке first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Общая характеристика клеток
• 2. Структурная организация эукариотической клетки
• 3. Биологические (элементарные) мембраны
• 4. Плазматическая мембрана (плазмалемма)
• 5. Клеточная стенка (оболочка)
• 6. Органеллы клетки
• 7. Включения
• 8. Ядро и хромосомы
• 9. Сравнительная характеристика клеток эукариот
• 10. Особенности строения прокариотической и эукариотической клеток
• 11. Транспорт веществ

Общая характеристика клеток

Клетка является наименьшей и основной структурной единицей живых организмов, способной к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Характерные размеры клеток: клетки бактерий — от 0,1 до 15 мкм, клетки других организмов — от 1 до 100 мкм, иногда достигают 1-10 мм; яйцеклетки крупных птиц — до 10-20 см, отростки нервных клеток — до 1 м.

Форма клеток весьма разнообразна: существуют шаровидные клетки (кокки), цепочечные (стрептококки), вытянутые (палочки, или бациллы), изогнутые (вибрионы), извитые (спириллы), многогранные, с двигательными жгутиками и др.

Виды клеток: прокариотические (безъядерные) и эукариотические (имеющие оформленное ядро).

Эукариотические клетки, в свою очередь, подразделяются на клетки животных, растений и грибов.

Структурная организация эукариотической клетки

Протопласт — это все живое содержимое клетки. Протопласт всех эукариотических клеток состоит из цитоплазмы (со всеми органоидами) и ядра.

Цитоплазма — это внутреннее содержимое клетки за исключением ядра, состоящее из гиалоплазмы, погруженных в нее орга-иелл и (в некоторых типах клеток) внутриклеточных включений (запасных питательных веществ и/или конечных продуктов обмена).

Гиалоплазма — основная плазма, матрикс цитоплазмы, основное вещество, являющееся внутренней средой клетки и представляющее собой вязкий бесцветный коллоидный раствор (содержание воды до 85%) различных веществ: белков (10%), сахаров, органических и неорганических кислот, аминокислот, полисахаридов, РНК, липидов, минеральных солей и т.п.

■ Гиалоплазма является средой для внутриклеточных реакций обмена и связующим звеном между органеллами клетки; она способна к обратимым переходам из золя в гель, ее состав определяет буферные и осмотические свойства клетки. В цитоплазме находится цитоскелет, состоящий из микротрубочек и способных сокращаться белковых нитей.

■ Цитоскелет определяет форму клетки и участвует во внутриклеточном перемещении органоидов и отдельных веществ. Ядро — самый крупный органоид эукариотической клетки, содержащий хромосомы, в которых хранится вся наследственная информация (подробнее см. ниже).

Структурные компоненты эукариотической клетки:

■ плазмалемма (плазматическая мембрана),
■ клеточная стенка (только у клеток растений и грибов),
■ биологические (элементарные) мембраны,
■ ядро,
■ эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум),
■ митохондрии,
■ комплекс Гольджи,
■ хлоропласты (только у клеток растений),
■ лизосомы, s
■ рибосомы,
■ клеточный центр,
■ вакуоли (только у клеток растений и грибов),
■ микротрубочки,
■ реснички, жгутики.

Схемы строения животной и растительной клеток приведены ниже:

Биологические (элементарные) мембраны

Биологические (элементарные) мембраны — это активные молекулярные комплексы, разделяющие внутриклеточные органоиды и клетки. Все мембраны имеют сходное строение.

Структура и состав мембран: толщина 6-10 нм; состоят в основном из молекул белков и фосфолипидов.

■Фосфолипиды образуют двойной (бимолекулярный) слой, в котором их молекулы обращены своими гидрофильными (водорастворимыми) концами наружу, а гидрофобными (водонерастворимыми) концами — внутрь мембраны.

■ Белковые молекулы располагаются на обеих поверхностях двойного липидного слоя (периферические белки), пронизывают оба слоя молекул липидов (интегральные белки, большая часть которых — ферменты) или только один их слой (полуинтегральные белки).

Свойства мембран: пластичность, асимметрия (состав наружного и внутреннего слоев и липидов, и белков различен), полярность (внешний слой заряжен положительно, внутренний — отрицательно), способность самозамыкаться, избирательная проницаемость (при этом гидрофобные вещества проходят через двойной липидный слой, а гидрофильные — через поры в интегральных белках).

Функции мембран: барьерная (отделяет содержимое органоида или клетки от окружающей среды), структурная (обеспсчнило определенную форму, размеры и устойчивость органоида или клетки), транспортная (обеспечивает транспорт веществ в органоид или клетку и из нее), каталитическая (обеспечивает примембранные биохимические процессы), регулятивная (участвует в регуляции обмена веществ и энергии между органоидом или клеткой и внешней средой), участвует в преобразовании энергии и поддержании трансмембранного электрического потенциала.

Плазматическая мембрана (плазмалемма)

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, — это биологическая мембрана или комплекс плотно прилегающих друг к другу биологических мембран, покрывающих клетку с внешней стороны.

Строение, свойства и функции плазмалеммы в основном такие же, как и у элементарных биологических мембран.

❖ Особенности строения:

■ наружная поверхность плазмалеммы содержит гликокаликс — полисахаридный слой молекул гликолипоидов и гликопротеидов, служащих рецепторами для «узнавания» определенных химических веществ; у животных клеток она может быть покрыта слизью или хитином, а у растительных клеток — целлюлозой или пектиновыми веществами;

■ обычно плазмалемма образует выросты, впячивания, складки, микроворсинки и др., увеличивающие поверхность клетки.

■ Дополнительные функции: рецепторная (участвует в «узнавании» веществ и в восприятии сигналов из окружающей среды и передаче их в клетку), обеспечение связи между клетками в тканях многоклеточного организма, участие в построении специальных структур клетки (жгутиков, ресничек и др.).

Клеточная стенка (оболочка)

Клеточная стенка — это жесткая структура, расположенная снаружи плазмалеммы и представляющая собой внешний покров клетки. Присутствует у прокариотических клеток и клеток грибов и растений.

❖ Состав клеточной стенки: целлюлоза у клеток растений и хитин у клеток грибов (структурные компоненты), белки, пектины (которые участвуют в образовании пластинок, скрепляющих стенки двух соседних клеток), лигнин (скрепляющий целлюлозные волокна в очень прочный каркас), суберин (откладывается на оболочку изнутри и делает ее практически непроницаемой для воды и растворов) и др. Наружная поверхность клеточной стенки эпидермальных клеток растений содержит большое количество карбоната кальция и кремнезема (минерализация) и покрыта гидрофобными веществами восками и кутикулой (слоем вещества кутина, пронизанным целлюлозой и пектинами).

❖ Функции клеточной стенки: служит внешним каркасом, поддерживает тургор клеток, выполняет защитную и транспортную функции.

Органеллы клетки

Органеллы (или органоиды) — это постоянные высокоспециализированные внутриклеточные структуры, имеющие определенное строение и выполняющие соответствующие функции.

❖ По назначению органеллы подразделяются на:
■ органеллы общего назначения (митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, центриоли, лизосомы, пластиды) и
■ органеллы специального назначения (миофибриллы, жгутики, реснички, вакуоли).
❖ По наличию мембраны органеллы подразделяются на:
■ двумембранные (митохондрии, пластиды, клеточное ядро),
■ одномембранные (эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли) и
■ немембранные (рибосомы, клеточный центр).
Внутреннее содержимое мембранных органелл всегда отличается р.т окружающей их гиалоплазмы.

Митохондрии — двумембранные органеллы эукариотических клеток, осуществляющие окисление органических веществ до конечных продуктов с освобождением энергии, запасаемой в молекулах АТФ.

■ Строение: палочковидная, шаровидная и нитевидная формы, толщина 0,5-1 мкм, длина 2-7 мкм; двумембранные, наружная мембрана гладкая и имеет высокую проницаемость, внутренняя мембрана образует складки — кристы, на которых находятся тельца сферической формы — АТФ-сомы. В пространстве между мембранами скапливаются ионы водорода 11 , участвующие в кислородном дыхании.

■ Внутреннее содержимое (матрикс): рибосомы, кольцевые ДНК, РНК, аминокислоты, белки, ферменты цикла Кребса, ферменты тканевого дыхания (находятся на кристах).

■ Функции: окисление веществ до СO₂ и Н₂O; синтез АТФ и специфических белков; образование новых митохондрий в результате деления надвое.

Пластиды (имеются только у клеток растений и автотрофных протистов).

■ Виды пластид: хлоропласты (зеленые), лейкопласты (бесцветные округлой формы), хромопласты (желтые или оранжевые); пластиды могут превращаться из одного вида в другой.

■ Строение хлоропластов: они двумембранные, имеют округлую или овальную форму, длина 4—12 мкм, толщина 1-4 мкм. Наружная мембрана гладкая, на внутренней имеются тилакоиды — складки, образующие замкнутые дисковидные впячивания, между которыми находится строма (см. ниже). У высших растений тилакоиды собраны в стопки (наподобие столбика монет) граны, которые соединены друг с другом ламеллами (одиночными мембранами).

■ Состав хлоропластов: в мембранах тилакоидов и гран — зерна хлорофилла и других пигментов; внутреннее содержимое (строма): белки, липиды, рибосомы, кольцевые ДНК, РНК, ферменты, участвующие в фиксации СO₂, запасные вещества.

■Функции пластид: фотосинтез (хлоропласты, содержащиеся в зеленых органах растений), синтез специфических белков и накопление запасных питательных веществ: крахмала, белков, жиров (лейкопласты), придание окраски тканям растений с целью привлечения насекомых-опылителей и распространителей плодов и семян (хромопласты).

Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум, имеется во всех эукариотических клетках.

■ Строение: представляет собой систему соединенных между собой канальцев, трубочек, цистерн и полостей различной формы и размеров, стенки которых образованы элементарными (одинарными) биологическими мембранами. Различают два типа ЭПС: гранулярную (или шероховатую), содержащую рибосомы на поверхности каналов и полостей, и агранулярную (или гладкую), не содержащую рибосом.

■Функции: разделение цитоплазмы клетки на отсеки, препятствующие смешению происходящих в них химических процессов; шероховатая ЭПС накапливает, изолирует для созревания и транспортирует,белки, синтезированные рибосомами на ее поверхности, синтезирует мембраны клетки; гладкая ЭПС синтезирует и транспортирует липиды, сложные углеводы и стероидные гормоны, выводит из клетки ядовитые вещества.

Комплекс (или аппарат) Гольджи — мембранная органелла эукариотической клетки, расположенная вблизи клеточного ядра, представляющая собой систему цистерн и пузырьков и участвующая в накоплении, хранении и транспортировке веществ, построении клеточной оболочки и образовании лизосом.

■ Строение: комплекс представляет собой диктиосому — стопку ограниченных мембраной плоских дисковидных мешочков {цистерн), от которых отпочковываются пузырьки, и систему мембранных трубочек, связывающих комплекс с каналами и полостями гладкой ЭПС.

■Функции: образование лизосом, вакуолей, плазмалеммы и клеточной стенки растительной клетки (после ее деления), секреция ряда комплексных органических веществ (пектиновых веществ, целлюлозы и др. у растений; гликопротеинов, гликолипидов, коллагена, белков молока, желчи, ряда гормонов и др. у животных); накопление и обезвоживание транспортированных по ЭПС липидов (из гладкой ЭПС), доработка и накопление белков (из гранулярной ЭПС и свободных рибосом цитоплазмы) и углеводов, выведение веществ из клетки.

Зрелые цистерны диктиосомы отшнуровывают пузырьки (вакуоли Гольджи), заполненные секретом, который затем либо используется самой клеткой, либо выводится за ее пределы.

❖ Лизосомы — клеточные органеллы, обеспечивающие расщепление сложных молекул органических веществ; образуются из пузырьков, отделяющихся от комплекса Гольджи или гладкой ЭПС, и присутствуют во всех эукариотических клетках.

■ Строение и состав: лизосомы — это небольшие одномембранные пузырьки округлой формы диаметром 0,2-2 мкм; заполнены гидролитическими (пищеварительными) ферментами (~40), способными расщеплять белки (до аминокислот), липиды (до глицерина и высших карбоновых кислот), полисахариды (до моносахаридов) и нуклеиновые кислоты (до нуклеотидов).

Сливаясь с эндоцитозными пузырьками, лизосомы образуют пищеварительную вакуоль (или вторичную лизосому), где и происходит расщепление сложных органических веществ; полученные мономеры через мембрану вторичной лизосомы поступают в цитоплазму клетки, а непереваренные (негидролизуемые) вещества остаются во вторичной лизосоме и затем, как правило, выводятся за пределы клетки.

■ Функции: гетерофагия — расщепление чужеродных веществ, поступивших в клетку путем эндоцитоза, аутофагия — уничтожение ненужных клетке структур; автолиз — саморазрушение клетки, происходящее в результате освобождения содержимого лизосом при гибели или перерождении клетки.

❖ Вакуоли — крупные пузырьки или полости в цитоплазме, образующиеся в клетках растений, грибов и многих протистов и ограниченные элементарной мембраной -тонопластом.

■ Вакуоли протистов подразделяют на пищеварительные и сократительные (имеющие в мембранах пучки эластичных волокон и служащие для осмотической регуляции водного баланса клетки).

■Вакуоли растительных клеток заполнены клеточным соком — водным раствором различных органических и неорганических веществ. В них также могут находиться ядовитые и дубильные вещества и конечные продукты жизнедеятельности клеток.

■Вакуоли растительных клеток могут сливаться в центральную вакуоль, которая занимает до 70-90% объема клетки и может быть пронизана тяжами цитоплазмы.

Функции: накопление и изоляция запасных веществ и веществ, предназначенных для экскреции; поддержание тургор-ного давления; обеспечение роста клетки за счет растяжения; регуляция водного баланса клетки.

Рибосомы — органеллы клетки, присутствующие во всех клетках (в количестве нескольких десятков тысяч), расположенные на мембранах гранулярной ЭПС, в митохондриях, хлоропластах, цитоплазме и наружной ядерной мембране и осуществляющие биосинтез белков; субъединицы рибосом образуются в ядрышках.

■ Строение и состав: рибосомы -мельчайшие (15-35 нм) немембранные гранулы округлой и грибовидной формы; имеют два активных центра (аминоацильный и пептидильный); состоят из двух неравных субъединиц — большой (в виде полусферы с тремя выступами и каналом), которая содержит три молекулы РНК и белок, и малой (содержащей одну молекулу РНК и белок); субъединицы соединяются с помощью иона Mg+.

■ Функция: синтез белков из аминокислот.

❖ Клеточный центр — органелла большинства клеток животных, некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников, расположенная (в интерфазе) в центре клетки вблизи ядра и служащая центром инициации сборки микротрубочек.

■ Строение: клеточный центр состоит из двух центриолей и центросферы. Каждая центриоль (рис. 1.12) имеет вид цилиндра длиной 0,3-0,5 мкм и диаметром 0,15 мкм, стенки которого образованы девятью триплетами микротрубочек, а середина заполнена однородным веществом. Центриоли расположены перпендикулярно друг другу и окружены плотным слоем цитоплазмы с радиально расходящимися микротрубочками, образующими лучистую центросферу. При делении клетки центриоли расходятся к полюсам.

■ Основные функции: образование полюсов деления клеток и ахроматиновых нитей веретена деления (или митотического веретена), обеспечивающего равноценное распределение генетического материала между дочерними клетками; в интерфазе направляет передвижение органелл в цитоплазме.

Цитоскслст клетки — это система микрофиламентов и микротрубочек, пронизывающих цитоплазму клетки, связанных с наружной цитоплазматической мембраной и ядерной оболочкой и поддерживающих форму клетки.

■Микрофнламенты — тонкие, способные сокращаться нити толщиной 5-10 нм и состоящие из белков (актина, миозина и др.). Находятся в цитоплазме всех клеток и ложноножках подвижных клеток.

Функции: микрофнламенты обеспечивают двигательную активность гиалоплазмы, непосредственно участвуют в изменении формы клетки при распластывании и амебоидном движении клеток протистов, участвуют в образовании перетяжки при делении клеток животных; одни из основных элементов цитоскелета клетки.

■ Микротрубочки — тонкие полые цилиндры (диаметром 25 нм), состоящие из молекул белка тубулина, расположенные спиральными или прямолинейными рядами в цитоплазме эукариотических клеток.

Функции: микротрубочки образуют нити веретена деления, входят в состав центриолей, ресничек, жгутиков, участвуют во внутриклеточном транспорте; одни из основных элементов цитоскелета клетки.

Органеллы движения — жгутики и реснички, присутствуют во многих клетках, но чаще встречаются у одноклеточных организмов.

■ Реснички — многочисленные цитоплазматические короткие (длиной 5-20 мкм) выросты на поверхности плазмалеммы. Имеются на поверхности различных видов клеток животных и некоторых растений.

■ Жгутики — единичные цитоплазматические выросты на поверхности клеток многих протистов, зооспор и сперматозоидов; в ~10 раз длиннее ресничек; служат для передвижения.

■ Строение: реснички и жгутики (рис. 1.14) состоят их микротрубочек, расположенных по системе 9×2+2 (девять двойных микротрубочек — дублетов образуют стенку, в середине расположены две одиночные микротрубочки). Дублеты способны скользить друг относительно друга, что приводит к изгибанию реснички или жгутика. В основании жгутиков и ресничек имеются базальные тельца, идентичные,, по структуре центриолям.

■ Функции: реснички и жгутики обеспечивают передвижение самих клеток или окружающей их жидкости и взвешенных в ней частиц.

Включения

Включения — непостоянные (существующие временно) компоненты цитоплазмы клетки, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Различают трофические, секреторные и экскреторные включения.

■ Трофические включения — это запасы питательных веществ (жир, крахмальные и белковые зерна, гликоген).

■ Секреторные включения — это продукты жизнедеятельности желез внутренней и внешней секреции (гормоны, ферменты).

■ Экскреторные включения — это продукты обмена веществ в клетке, подлежащие выведению из клетки.

Ядро и хромосомы

Ядро — самый крупная органелла; является обязательным компонентов всех эукариотических клеток (за исключением клеток ситовидных трубок флоэмы высших растений и зрелых эритроцитов млекопитающих). В большинстве клеток присутствует одно ядро, но существуют двух- и многоядерные клетки. Выделяют два состояния ядра: интерфазное и делящееся

Интерфазное ядро состоит из ядерной оболочки (отделяющей внутреннее содержимое ядра от цитоплазмы), ядерного матрикса (кариоплазмы), хроматина и ядрышек. Форма и размеры ядра зависят от вида организма, типа, возраста и функционального состояния клетки. Отличается высоким содержанием ДНК (15-30%) и РНК (12%).

■ Функции ядра: хранение и передача наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК; регуляция (через систему белкового синтеза) всех процессов жизнедеятельности клетки.

❖ Ядерная оболочка (или кариолемма) состоит из наружной и внутренней биологических мембран, между которыми находится перинуклеарное пространство. На внутренней мембране имеется белковая пластинка, придающая форму ядру. Наружная мембрана соединена с ЭПС и несет на себе рибосомы. Оболочка пронизана ядерными порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Число пор непостоянно и зависит от размеров ядра и его функциональной активности.

■ Функции ядерной оболочки: она отделяет ядро от цитоплазмы клетки, регулирует транспорт веществ из ядра в цитоплазму (РНК, субъединиц рибосом) и из цитоплазмы в ядро (белков, жиров, углеводов, АТФ, воды, ионов).

❖ Хромосома — важнейшая органелла ядра, содержащая одну молекулу ДНК в комплексе со специфическими белками гистонами и некоторыми другими веществами, большая часть которых находится на поверхности хромосомы.

В зависимости от фазы жизненного цикла клетки хромосомы могут быть в двух состояниях — деспирализованном и спирализованном.

» В деспирализованном состоянии хромосомы находятся в период интерфазы клеточного цикла, образуя невидимые в оптический микроскоп нити, составляющие основу хроматина.

■ Спирализация, сопровожающаяся укорачиванием и уплотнением (в 100-500 раз) нитей ДНК, происходят в процессе деления клетки; при этом хромосомы приобретают компактную форму и становятся видимыми в оптический микроскоп.

Хроматин — один из компонентов ядерного вещества в период интерфазы, основу которого составляют деспирализованные хромосомы в виде сети длинных тонких нитей молекул ДНК в комплексе с гистонами и другими веществами (РНК, ДНК полимеразой, липидами, минеральными веществами и др.); хорошо окрашивается красителями, применяемыми в гистологической практике.

■ В хроматине участки молекулы ДНК навиваются на гистоны, образуя нуклеосомы (по виду напоминают бусы).

Хроматида — это структурный элемент хромосомы, представляющий собой нить молекулы ДНК в комплексе с белками гистонами и другими веществами, многократно сложенную как суперспираль и упакованную в виде палочковидного тельца.

■ При спирализации и упаковке отдельные участки ДНК укладываются закономерным образом так, что на хроматидах образуются чередующиеся поперечные полосы.

❖ Строение хромосомы (рис. 1.16). В спирализованном состоянии хромосома представляет собой палочковидную структуру размерами около 0,2-20 мкм, состоящую из двух хроматид и разделенную на два плеча первичной перетяжкой, называемой центромерой. Хромосомы могут иметь вторичную перетяжку, отделяющую участок, называемый спутником. У некоторых хромосом имеется участок (ядрышковый организатор), на котором закодирована структура рибосомных РНК (р-РНК).

Типы хромосом в зависимости от их формы: равноплечие, неравноплечие (центромера смещена от середины хромосомы), палочковидные (центромера находится близко к концу хромосомы).

После анафазы митоза и анафазы мейоза II хромосомы состоят из одной хромитиды, а после репликации (удвоения) ДНК на синтетической (S) стадии интерфазы — из двух сестринских хромитид, соединенных друг с другом в области центромеры. Во время деления клетки к центромере прикрепляются микротрубочки веретена деления.

❖ Функции хромосом:
■ содержат генетический материал — молекулы ДНК;
■ осуществляют синтез ДНК (при удвоении хромосом в S-иериод клеточного цикла) и и-РНК;
■ регулируют синтез белков;
■ контролируют жизнедеятельность клетки.

Гомологичные хромосомы — хромосомы, относящиеся к одной паре, одинаковые по форме, размерам, расположению центромер, несущие одинаковые гены и определяющие развитие одних и тех же признаков. Гомологичные хромосомы могут различаться аллелями содержащихся в них генов и обмениваться участками в ходе мейоза (кроссинговер).

Аутосомы хромосомы в клетках раздельнополых организмов, одинаковые у самцов и самок одного вида (это все хромосомы клетки за исключением половых).

Половые хромосомы (или гетерохромосомы) — это хромосомы, несущие гены, определяющие пол живого организма.

Диплоидный набор (обозначается 2п) — хромосомный набор соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет парную ей гомологичную хромосому. Одну из хромосом диплоидного набора организм получает от отца, другую — от матери.

■ Диплоидный набор человека составляет 46 хромосом (из них 22 пары гомологичных хромосом и две половые хромосомы: у женщин две Х- хромосомы, у мужчин — по одной X- и Y- хромосоме).

Гаплоидный набор (обозначается 1л) — одинарный хромосомный набор половой клетки (гаметы), в котором хромосомы не имеют парных гомологичных хромосом. Гаплоидный набор образуется при формировании гамет в результате мейоза, когда из каждой нары гомологичных хромосом в гамету попадает только одна.

Кариотип — это совокупность постоянных количественных и качественных морфологических признаков, характерных для хромосом соматических клеток организмов данного вида (их количество, размер и форма), по которым можно однозначно идентифицировать диплоидный набор хромосом.

Ядрышко — округлое, сильно уплотненное, не ограниченное

мембраной тельце размером 1-2 мкм. В ядре имеется одно или несколько ядрышек. Ядрышко образуется вокруг притягивающихся друг к другу ядрышковых организаторов нескольких хромосом. Во время деления ядра ядрышки разрушаются и вновь формируются в конце деления.

■ Состав: белок 70-80%, РНК 10-15%, ДНК 2-10%.
■ Функции: синтез р-РНК и т-РНК; сборка субъединиц рибосом.

Кариоплазма (или нуклеоплазма, кариолимфа, ядерный сок) — это бесструктурная масса, заполняющая пространство между структурами ядра, в которую погружены хроматин, ядрышки, а также различные внутриядерные гранулы. Содержит воду, нуклеотиды, аминокислоты, АТФ, РНК и белки-ферменты.

Функции: обеспечивает взаимосвязи ядерных структур; участвует в транспорте веществ из ядра в цитоплазму и из цитоплазмы в ядро; регулирует синтез ДНК при репликации, синтез и-РНК при транскрипции.

Сравнительная характеристика клеток эукариот

Особенности строения прокариотической и эукариотической клеток

Транспорт веществ

Транспорт веществ — это процесс переноса необходимых веществ по организму, к клеткам, внутрь клетки и внутри клетки, а также удаление отработанных веществ из клетки и организма.

Внутриклеточный транспорт веществ обеспечивает гиалоплазма и (у клеток эукариот) эндоплазматическая сеть (ЭПС), комплекс Гольджи и микротрубочки. Транспорт веществ будет описан позже на этом сайте .

Способы транспорта веществ через биологические мембраны:

■ пассивный транспорт (осмос, диффузия, пассивная диффузия),
■ активный транспорт,
■ эндоцитоз,
■ экзоцитоз.

Пассивный транспорт не требует затрат энергии и происходит по градиенту концентрации, плотности или электрохимического потенциала.

Осмос — это проникновение воды (или иного растворителя) через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный.

Диффузия — проникновение вещества через мембрану по градиенту концентрации (из области с большей концентрацией вещества в область с меньшей концентрацией).

Диффузия воды и ионов осуществляется при участии интегральных белков мембраны, имеющих поры (каналы), диффузия жирорастворимых веществ происходит при участии липидной фазы мембраны.

Облегченная диффузия через мембрану происходит с помощью специальных мембранных белков-переносчиков, смотрите на картинке.

Активный транспорт требует затрат энергии, выделяющейся при расщеплении АТФ, и служит для переноса веществ (ионов, моносахаров, аминокислот, нуклеотидов) против градиента их концентрации или электрохимического потенциала. Осуществляется специальными белками-переносчиками пермиазами, имеющими ионные каналы и образующими ионные насосы.

Эндоцитоз — захват и обволакивание клеточной мембраной макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и т.д.) и микроскопических твердых пищевых частиц (фагоцитоз) или капелек жидкости с растворенными в ней веществами (пиноцитоз) и заключение их в мембранную вакуоль, которая втягивается «внутрь клетки. Вакуоль затем сливается с лизосомой, ферменты которой расщепляют молекулы захваченного вещества до мономеров.

Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу. Посредством экзоцитоза клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки.

The post Строение и функции клетки first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Основные понятия
• 2. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
• 3. Рибонуклеиновая кислота (РНК)
• 4. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

Основные понятия

Нуклеиновые кислоты — фосфорсодержащие биополимеры, построенные из мономеров — нуклеотидов и обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.

■ Открыты Ф. Мишером (1869 г., Швейцария).

* В молекулах нуклеиновых кислот содержится от 80 до нескольких сот миллионов нуклеотидов.

■ Нуклеиновые кислоты содержатся в ядрах, митохондриях и пластидах клеток.

Нуклеотид — органическое соединение, в состав которого входят: одно из пяти азотистых оснований (аденин, гуанин, урацил, тмин, цитозин), пятиуглеродный моносахарид (рибоза или дезокснрибоза) и остаток молекулы фосфорной кислоты (РO₄).

• Название и обозначение нуклеотидов: нуклеотид называется по имени своего азотистого основания и обозначается первой заглавной буквой его названия (пример: А — адениновый нуклеотид).

Комплементарные нуклеотиды — это пары нуклеотидов А и Т, а также Г и Ц, между азотистыми основаниями которых могут образовываться водородные связи.

В зависимости от того, какой сахар входит в состав нуклеотидов, нуклеиновые кислоты подразделяются на дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК).

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

❖ Состав ДНК:

■ пятиуглеродный сахар дезокси-рибоза,

■ азотистые основания (аденин, гуанин, тимин, цитозин),

■ остаток фосфорной кислоты.

❖ Структура ДНК впервые расшифрована Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г.

■ молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек, спирально закрученных одна относительно другой;

■нуклеотиды в каждой цепочке ДНК связаны друг с другом ковалентными фосфодиэфирными связями, образующимися между фосфатной группой одного нуклеотида и гидроксильной группой дезоксирибозы соседнего;

■ цепочки ДНК соединены друг с другом двумя или тремя водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями: А = Т, Ц = Г.

Комплементарносгь — принцип, в соответствии с которым объединяются две полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК, а также осуществляется синтез всех типов РНК на молекулах ДНК и синтез полипептидов по и-РНК в рибосомах: против нуклеотида А одной цепи может быть только нуклеотид Т другой цепи, а против нуклеотида Г — только нуклеотид Ц.

❖ Правило Чаргофа (следствие комплементарности нуклеотидов): число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых: А = Т, а число гуаниловых нуклеотидов равно числу цити-диловых: Г = Ц; откуда следует, что А + Г = Т + Ц.

Свойства ДНК: эта молекула способна к транскрипции, репарации, репликации.

Транскрипция — это процесс «считывания» генетической информации с одной из нитей молекулы ДНК и копирования ее на молекулу и-РНК, происходящий путем биосинтеза молекул и-РНК на соответствующих участках ДНК; является первым этапом реализации генетической информации в живых клетках.

■ Транскрипция происходит с помощью фермента РНК-лоли-меразы, который, двигаясь по молекуле ДНК, подбирает нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам участка ДНК, и соединяет их в цепочку и-РНК.

Репарация — процесс исправления повреждений (восстановления) в молекулах ДНК и компенсации уже закрепившихся мутаций; происходит при участии особых ферментов.

Репликация (или удвоение) ДНК — происходящий под контролем ферментов процесс синтеза новой молекулы ДНК как точной копии уже существующей молекулы ДНК при ее использовании как матрицы; наблюдается в ходе подготовки клетки к делению. Матричный синтез ДНК идет по принципу комплементарности, антипараллельно; полуконсервативный прерывистый матричный синтез — от 3′- к 5′-концу.

❖ Этапы репликации ДНК:

■ постепенное разделение (с помощью специального фермента) комплементарных цепей ДНК в результате разрыва водородных связей между ними;

■ деспирализация разделившихся участков полинуклеотидных цепей ДНК (происходит при участии фермента ДНК-изомеразы);

■ комплементарный синтез новых (дочерних) полинуклеотидных цепей на каждой из старых цепей как на матрице; осуществляется с помощью фермента ДНК-полимеразы.

Локализация ДНК в клетках:

■ в хромосомах клеточного ядра (около 99% всей ДНК клетки), в митохондриях и пластидах эукариотических клеток;

■ в прокариотических клетках погружена в цитоплазму.

❖Функции ДНК: хранение, передача дочерним клеткам и воспроизведение генетической информации.

■В ДНК любой клетки закодирована информация о строении, количестве и последовательности синтеза всех белков данного организма.

Рибонуклеиновая кислота (РНК)

Состав РНК:

■ пятиуглеродный сахар рибоза,

■ азотистые основания (аденин, гуанин, урацил, цитозин),

■ остаток фосфорной кислоты.

Структура РНК (см. рис. 1.3):

■ молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепочки;

■ нуклеотиды в каждой цепочке РНК связаны друг с другом ковалентными фосфодиэфирными связями;

■ кроме того, между соседними нуклеотидами цепочки могут образовываться водородные связи;

* цепочки РНК значительно короче молекул ДНК, имеют меньшую молярную массу.

Виды РНК:

■ информационная РНК (и-РНК),

■ транспортная РНК (т-РНК),

■ рибосомальная РНК (р-РНК).

Информационная РНК (составляет 7 — рибозофосфатная основа около 5% от всех РНК клетки):

■ структура: незамкнутая цепь, содержащая от 300 до 30000 нуклеотидов; является комплементарной копией определенного участка ДНК (гена);

* функции: каждая специфическая молекула и-РНК переносит информацию о структуре определенного белка от ДНК в рибосомы (место сборки молекул белков) и является матрицей для синтеза молекул этого белка.

Транспортная РНК (составляет до 15% от всех РНК клетки):

■ структура: содержит 75-85 нуклеотидов; молекула т-РНК имеет вторичную структуру в форме «клеверного листа» (из-за наличия водородных связей) и два активных участка: антикодонтриплет нуклеотидов на верхушке «клеверного листа», и акцепторный конец, к которому присоединяются аминокислоты;

■ функция т-РНК — транспорт аминокислот в рибосому к месту сборки молекул белка.

❖ Рибосомальная РНК (составляет до 85% от всех РНК клетки):

■ место синтеза: молекулы р-РНК синтезируются в ядре клетки;

■ локализация: в комплексе с белками образует рибосомы — ор-ганеллы, на которых происходит синтез белка;

■ функция р-РНК — обеспечение нужного пространственного взаимного расположения и-РНК и т-РНК в рибосоме.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — органическое вещество, выполняющее роль аккумулятора энергии в клетке в виде макроэргических связей.

❖ Состав молекул АТФ:

■ пятиуглеродный сахар рибоза,

• азотистое основание аденин,

• три остатка молекул фосфорной кислоты.

❖ Энергетика химических связей:

■ между остатками молекул фосфорной кислоты существуют макроэргические связи; при разрыве одной такой связи в результате гидролитического (под воздействием молекулы воды) отщепления выделяетс)( 40 кДж энергии;

■ аккумуляция энергии в вышеуказанных связях происходит в процессе синтеза АТФ за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ (окислительное фосфорилирование).

❖ Некоторые особенности АТФ:

■ АТФ синтезируется в гиалоплазме, митохондриях и хлоропла-стах (у растений в процессе фотосийтеза);

■ среднее время жизни молекулы АТФ в клетке — менее 1 мин.

❖ Значение АТФ: это — главный и универсальный источник энергии для всех процессов жизнедеятельности в клетке.

The post Нуклеиновые кислоты first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Основные положения клеточной теории
• 2. Содержание и роль химических элементов в клетке
• 3. Вода и ее роль в организме
• 4. Органические вещества клетки. Общая характеристика
• 5. Ферменты (энзимы)
• 6. Липиды
• 7. Углеводы (сахариды) (оболочка)
• 8. Пигменты

Основные положения клеточной теории

Первое наблюдение клетки: Р. Гук (Англия, 1665 г.).
Клеточная теория — одна из важнейших биологических теорий, являющаяся обобщением огромного количества данных, согласно которой жизнь существует только в форме клеток и их совокупностей.

Впервые клеточную теорию предложил Г. Шванн (Германия, 1839 г.); ее дальнейшие разработки: Р. Вирхов (Германия, 1858 г.), И. Чистяков (Россия, 1874 г.), Э. Страсбургер (Польша, 1875 г.) и др.

Основные положения современной клеточной теории:

■ клетка — элементарная (наименьшая) структурная, функциональная и генетическая единица всех живых организмов, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению;

■ клетки живых организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности;

■ размножение клеток происходит путем их деления; каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

■ клетки специализируются по функциям; структура и функции клеток взаимосвязаны. В многоклеточном организме клетки образуют ткани, из которых строятся органы, системы органов и весь организм, функционирующий как единое целое благодаря нервной и гуморальной регуляции.

Содержание и роль химических элементов в клетке

❖ Основные элементы: кислород О (примерно 62% массы клетки), углерод С (20%), водород Н (10%), азот N (3,5%); они входят в состав всех органических веществ.

❖ Макроэлементы — элементы с содержанием более 0,01% массы клетки: кальций, фосфор, сера, калий, натрий, магний, хлор.

❖ Микроэлементы — элементы с содержанием не более 0,01% массы клетки (Fe, Сu и др., см. таблицу), входящие в состав гормонов, витаминов, дыхательных ферментов. Недостаток любого из них вызывает серьезные нарушения в обмене веществ.

❖ Ультрамикроэлементы (Se, V, Ag, Au и др.) имеют концентрации менее 10^-12%. Например, элементы Ag, Au входят в состав волос.

❖ Ионы Н₂РO₄, НPО₄^2- необходимы для синтеза АТФ, эти же ионы и ионы С1^—, НСO₃ , SO⁴ ” и др. участвуют в поддержке pH клетки, активации ферментов и т.д.

Вода и ее роль в организме

❖ Основные свойства воды:
■ малые размеры молекул;
■ их полярность;
■ способность молекул соединяться друг с другом водородными связями;
■ высокие удельная теплоемкость и теплопроводность;
■ высокая удельная теплота парообразования;
■ высокое поверхностное натяжение.

❖ Основные функции воды в организме:
■ вода — универсальный растворитель для полярных веществ,
■ регулирует тепловой режим клетки,
■ выполняет транспортную функцию (обеспечивает поступление веществ в клетку, их передвижение в клетке и выделение из клетки),
■ выполняет метаболическую функцию (является средой для протекания всех биохимических реакций, сама участвует в реакции гидролиза и многих других реакциях, является источником кислорода и водорода при фотосинтезе и т.д.),
■ выполняет структурную функцию (обеспечивает упругость и тургор клеток, т.е. их напряженное состояние, обусловленное внутриклеточным давлением; у некоторых животных является гидростатическим скелетом),
■ регулирует осмотическое давление в клетке,
■ связанная вода образует сольватные оболочки вокруг белковых молекул, и др.

Органические вещества клетки. Общая характеристика

Биополимеры — высокомолекулярные (относительная молекулярная масса 10³ — 10^-4) органические соединения, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев мономеров.

 Биополимеры составляют до 90% сухого вещества клетки.

Важнейшие классы органических соединений, составляющих молекулярную основу любой живой клетки:
■ белки,
■ липиды,
■ углеводы,
■ нуклеиновые кислоты.

(Свойства этих классов соединений рассмотрены ниже). В клетках растений преобладают углеводы, в клетках животных — белки.

❖ Аминокислоты — низкомолекулярные органические соединения,

содержащие одну или две карбоксильные (-СООН) и одну или две аминную (-NH₂) группы (обладающие соответственно кислотными и щелочными свойствами), причем карбоксильная и аминная группы связаны с одним и тем же атомом углерода.

■ Аминокислоты — амфотерные соединения (проявляют свойства и кислот, и оснований).

❖Пептиды — это органические молекулы, образующиеся при взаимодействии аминогруппы одной аминокислоты с карбоксильной группой другой аминокислоты.

❖ Пептидная связь — связь -CO-NH-.

Белки — природные высокомолекулярные органические соединения (полипептиды), молекулы которых образованы аминокислотными остатками (в количестве от 50 до нескольких тысяч).
■ В состав белков входит только 20 видов аминокислот (из 150 видов, существующих в природе).
■ Белки составляют Ю-18% от общей массы клетки.

Уровни структурной организации белков:

■ первичная структура белка определяется последовательностью соединения аминокислот, закодированной в ДНК, и обусловлена пептидными связями;
■ вторичная структура (спираль) возникает из-за образования водородных связей между СО- и NH- -группами, расположенными на соседних витках (такую структуру имеют фибриноген, миозин, актин)

;

■ третичная структура (глобула) стабилизируется гидрофобными, ковалентными дисульфидными (-S-S-), ионными и водородными связями (эта структура характерна для многих бел ков-ферментов);

■ четвертичная структура — комплекс, образованный двумя, тремя, четырьмя и более белковыми молекулами, обладающими третичной структурой, за счет возникновения водородных, ионных и гидрофобных связей между ними; характерна для высокоспециализированных белков (пример — гемоглобин).

❖ Простые и сложные белки:

■ в состав простых белков (протеинов) входят только аминокислоты; к ним относятся многие ферменты;

■ сложные белки (протеиды) — белки, содержащие, помимо аминокислот, нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды), липиды (липопротеиды), углеводы (гликопротенды) и др.

❖ Основные свойства белков: гидрофильность (водорасгво-римость), видовая специфичность, химическая активность, способность денатурировать и ре натур ировать, изменять конфигурацию молекул под действием факторов среды.

Денатурация белка — утрата белковой молекулой своей структурной организации при воздействии химических веществ (кислот, щелочей, спиртов, солей и т.д.) и/или физических факторов (высокой температуры и/или давления, ионизирующих излучений и др.) вследствие разрушения водородных и ионных связей, поддерживающих вторичную, третичную и четвертичную структуры белка.

Ренатурация белка — процесс восстановления структуры белка после прекращения действия денатурирующего фактора, если его действие не привело к нарушению первичной структуры белка.

❖ Функции белков:

■ структурная, или строительная (входят в состав клеточных мембран, хрящей, сухожилий, волос, когтей, перьев и т.д.);

■ каталитическая, или ферментативная (ускоряют протекание химических реакций в клетке);

■ транспортная (участвуют в транспорте веществ через клеточные мембраны, ряд белков присоединяет и переносит с потоками крови различные вещества по организму);

■ двигательная (являются прямыми участниками механизма сокращения мышц и внутриклеточных сокращений);

■ защитная (входят в состав кожи позвоночных и антител, связывающих инородные белки; участвуют в свертывании крови при кровотечениях и т.д.);

■ запасающая (некоторые белки запасают необходимые организму вещества; например, миоглобин содержит запас кислорода в мышцах позвоночных);

■ энергетическая (служат источником энергии: I г дает 17,6 кДж);

■регуляторная (белки-гормоны поддерживают постоянные концентрации веществ в клетках и в крови, участвуют в обеспечении роста, размножения и других процессов);

■ сигнальная, или рецепторная (ответственны за распознавание «своих» и «чужих» клеток, являются важнейшей составной частью рецепторов).

❖ Примеры белков: актин я миозин (основные компоненты волокон поперечнополосатых мышц), гемоглобин (переносит кислород и углекислый газ), кератин (структурный белок волос, когтей, перьев, рогов), эластин (эластичный компонент соединительной ткани связок, стенок кровеносных сосудов), коллаген (компонент кожи и соединительной ткани костей, хрящей и сухожилий), амилаза (превращает крахмал в глюкозу) и др.

Ферменты (энзимы)

Ферменты (или энзимы) — это имеющие белковую природу биологические катализаторы, т.е. избирательно действующие органические вещества, в тысячи раз (при температуре порядка 37^10 °С) ускоряющие протекание биохимических реакций в клетке.

■ Многие ферменты находятся на мембранах клеток, митохондрий и т.д. и участвуют в транспорте веществ.

❖ Структура ферментов. Молекулы ферментов содержат:

■ белковый компонент (апоферменг);

■ сложное небелковое органическое соединение (кофермент) -только у двухкомпонентных ферментов, или ионы металлов (кофактор);

■ активный центр (один или несколько) — функциональная группа (например, -ОН), отдельная аминокислота или кофермент, обеспечивающие специфичность действия фермента за счет тесного, многоточечного контакта между молекулой фермента и определенного специфического вещества (субстрата);

■ регуляторный центр (один или несколько; у некоторых ферментов), с которым могут связываться молекулы-модуляторы или ингибиторы, регулирующие (модуляторы) или подавляющие (ингибиторы) активность фермента.

❖ Свойства ферментов:

■ специфичность (каждый фермент катализирует только те реакции, в которых участвуют молекулы лишь какого-нибудь одного или нескольких видов);

■ активность только в определенном интервале температур

(обычно не выше 50 -60 °С , редко до 80-90 °С );

■ для каждого фермента существует свое оптимальное значение pH, при котором этот фермент наиболее активен.

❖ Основные классы ферментов:

■ синтетазы (или лигазы) — катализируют реакции соединения молекул с образованием новых связей С-О, C-S, C-N, С-С {примеры. АТФ-синтетаза, ДНК-полимераза и др.);

■ гидролазы — катализируют реакции расщепления сложных органических веществ до простых путем присоединения молекул воды в месте разрыва химической связи в исходной молекуле (примеры: нуклеазы, расщепляющие нуклеиновые кислоты; амилазы, липазы);

■ изомераты — катализируют превращение одного изомера органического соединения в другой (пример: ДНК-топаизомераза);

■ лиазы — катализируют негидролитическое присоединение к субстрату или отщепление от него группы атомов (пример: декарбоксилаза);

■оксидоредуктазы — катализируют окислительно-восстановительные реакции, осуществляя перенос атомов Н и О или электронов от одного вещества к другому (примеры: ферменты цикла Кребса, тканевого дыхания);

■ трансферазы — катализируют перенос группы атомов (метиль-ной, ацильной, фосфатной или аминогруппы) от одного вещества к другому (пример: фосфотрансфераза).

Липиды

❖ Липиды — жироподобные органические соединения, представляющие собой сложные эфиры высших карбоновых кислот и трехатомного спирта глицерина или других спиртов.

■ В большинстве клеток содержится от 5 до 15% (по массе сухого вещества) липидов, в клетках подкожной жировой клетчатки — до 90%.

❖ Важнейшие классы липидов:

■ триацилглицеролы (твердые жиры и жидкие масла);

■ фосфолипиды;

■ гликолипиды;

■ терпены (ростовые вещества растений);

■ воски;

■ стероиды.

❖ Основные свойства липидов:

■ из всех биомолекул имеют наименьшую молекулярную массу;

■ в молекулах почти полностью отсутствуют полярные группы;

■ гидрофобны (нерастворимы в воде), но хорошо растворяются в органических растворителях (эфире, бензине, хлороформе);

■ могут образовывать сложные комплексы с белками (липопротеины), углеводами (гликолипиды), остатками фосфорной кислоты (фосфолипиды) и др.

Функции липидов:

■ структурная, или строительная (фосфолипиды, гликолипиды и липопротеины входят в состав клеточных мембран);

■ энергетическая (служат источником энергии: I г дает 38,9 кДж);

■ запасающая (большая часть энергетических запасов организма хранится в форме липидов);

■ защитная (подкожный и окружающий некоторые органы жировой слой является защитой от механических повреждений; подкожный жир предохраняет от потерь тепла и т.д.);

■ смазывающая и водоотталкивающая (воски покрывают кожу, шерсть, перья);

■ регуляторная (многие гормоны являются производными липоида холестерона, многие липиды — компоненты витаминов)-,

■ метаболическая (липиды — источник метаболической воды).

Углеводы (сахариды)

Углеводы — это вещества с общей формулой Си(Н20)„„ где п и ш некоторые целые числа.

■ Углеводороды образуются из неорганических веществ (Н20) и С02) в процессе фотосинтеза, происходящего в хлоропла-стах зеленых растений; являются исходными продуктами биосинтеза других органических веществ в растениях.

■ Содержание углеводов: в растительной клетке — до 85-90% сухого вещества, в животной клетке — примерно 1-2%.

Классификация углеводов. Углеводы делятся на:

■ моносахариды (или простые сахара), содержащие от 3 (три-озы) до 7 (гептозы) атомов углерода: рибоза, дезоксирибоза (пентозы), глюкоза, фруктоза (гексозы) и др.; они сладкие на вкус, хорошо растворимы в воде, молекулы моносахаридов -альдегидо- или кетоспирты;

■ олигосахариды (содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков, соединенных гликозидными — через атом кислорода -связями): мальтоза, лактоза, сахароза и др.; имеют сладкий вкус, хорошо растворимы в воде;

■ полисахариды (высокомолекулярные сахара): целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин и др.; они не имеют сладкого вкуса и нерастворимы в воде.

❖ Функции углеводов:

■ энергетическая (глюкоза — главный источник энергии в клетке); при расщеплении 1 г углевода освобождается 17,6 кДж энергии;

■ запасающая (часть энергетических запасов клеток хранится в форме крахмала или гликогена);

■ структурная, или строительная, и защитная (целлюлоза, хитин);

■ метаболическая (моносахариды — исходный продукт для синтеза многих органических веществ клетки).

Рибоза и дезоксирибоза — пятиуглеродные углеводы (простые сахара), являющиеся составными частями нуклеотидов молекул РНК (рибоза), ДНК (дезоксирибоза) и АТФ (рибоза); в свободном виде не встречаются.

Глюкоза — моносахарид с 6 атомами углерода, чрезвычайно широко распространенный в природе и являющийся первичным источником энергии в клетке; у растений образуется в результате фотосинтеза; в свободном виде содержится в плодах и цветках растений, в крови, лимфе, тканях мозга; входит в состав сахарозы, лактозы, гликогена, крахмала, целлюлозы и др.

Гликоген — полисахарид, состоящий примерно из 30 000 остатков глюкозы; содержится в грибах и тканях животных и человека (накапливается в печени и мышцах); участвует в углеродном обмене, является поставщиком глюкозы в кровь.

Крахмал — смесь двух полисахаридов — амилозы и амилопек-тина; один из важнейших полимеров глюкозы.

Целлюлоза — углевод, образующийся в растениях в результате полимеризации глюкозы; обладает высокой прочностью, не растворяется в воде, является одним из важнейших компонентов клеточных стенок. Используется для производства бумаги, вискозного шелка, различных тканей.

Хитин — полисахарид, являющийся основным компонентом наружного покрова членистоногих и входящий в состав клеточных стенок некоторых протистов и грибов; плохо растворим в воде.

Гепарин — гликопротеин, препятствующий свертыванию крови в кровеносных сосудах и участвующий в регуляции обмена липидов и иммунных реакциях организма.

Пигменты

❖ Пигменты — это окрашенные соединения в составе раститель-

ных и животных клеток; вещества, избирательно поглощающие свет определенных диапазонов видимой области спектра.

■ Пигменты являются сложными эфирами хлорофиллиновой кислоты и спиртов (фитола и метанола).

■ Представители пигментов: хлорофиллы a, b, с, d (участвуют в фотосинтезе), ксантофиллы (содержат атомы кислорода), каротины (не содержат атомов кислорода).

■ Пигменты входят в состав различных ферментов, включаются в структуру клеточных мембран.

❖ Функции пигментов:

■ обеспечивают фотосинтез (хлорофиллы);

■ придают окраску организмам;

■ участвуют в дыхании (гемоглобин);

■ играют важную роль в зрении (родопсины);

* защищают организм от ультрафиолетового излучения (у растений — каротиноиды, у животных — меланин).

The post Клетка и ее химический состав first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Основные понятия
• 2. Уровни организации, свойства и признаки живого

Основные понятия

Биология — совокупность наук о живой природе и жизни вообще: о строении и функции живых существ и их природных сообществ, об их происхождении, распространении и развитии, об их связи и взаимоотношении друге другом и с неживой природой.

Жизнь — это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе биохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот и других соединений вследствие преобразования веществ и энергии, поступивших из внешней среды.

Организм — это особь, живое существо, представляющее собой целостную систему, обладающую всей совокупностью признаков живого.

Клетка — элементарная живая система, основная структурная единица живых организмов, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Ткань — совокупность (группа) сходных по строению и происхождению клеток, а также межклеточного вещества, объединенных и приспособленных для выполнения одинаковых функций.

Орган — часть многоклеточного организма, имеющая определенное строение и выполняющая определенные функции.

Развитие — необратимый процесс количественных и качественных изменений живого организма и его частей с течением времени.

Размножение — процесс воспроизведения организмом подобных себе организмов, приводящий к увеличению численности вида.

Популяция — совокупность особей одного вида, занимающих в течение длительного времени (большого числа поколений) определенную территорию в пределах его ареала и относительно изолированных от других групп особей того же вида; обладает собственным генофондом и является структурной единицей вида и элементарной единицей эволюции.

Вид — исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых сходны по морфологическим, физиологическим и биохимическим особенностям, способны скрещиваться между собой с образованием плодовитого потомства, приспособлены к определенным условиям жизни и занимают в природе определенную область (ареал).

Ареал — область распространения какого-либо вида или популяции в природе.

Биота — исторически сложившаяся совокупность живых организмов, имеющих общую область распространения.

Биогеоценоз — совокупность живых организмов, длительно проживающих на одной территории, и неживых компонентов, связанных обменом веществ и превращениями энергии (I). Крупные участки суши с определенным типом растительности (II).

Биосфера — оболочка Земли, включающая всю гидросферу, нижнюю часть атмосферы (до нижней границы озонового слоя, 20-25 км) и верхнюю часть литосферы (на глубину до 3,0-3,5 км), заселенная живыми организмами и преобразованная ими.

Ноосфера — «сфера разума» (по В.И. Вернадскому); сфера, охваченная взаимодействием человеческого общества и природы.

Красная книга — официальный документ, содержащий перечень редких и исчезающих видов растений, животных, грибов и лишайников. Содержит информацию о прошлом и современном развитии видов, их численности, причинах ее сокращения, особенностях воспроизводства, методах охраны вида.

Уровни организации, свойства и признаки живого

❖ Уровни организации живого:

■ молекулярно-генетический,
■ клеточный,
■ организменный,
■ популяционно-видовой,
■ биогеоценотический,
■ биосферный.

Важнейшие свойства и признаки живого:

■ самовоспроизведение — способность образовывать себе подобных в процессе размножения;

■ наследственность — способность передавать потомкам свои свойства и особенности строения, функционирования и развития;

■ самообновление — замена самой системой выработавших ресурс или (иногда) поврежденных структурных элементов за счет ее собственных внутренних резервов;

■ целостность и дискретность: любая биологическая система состоит из отдельных, но взаимодействующих друг с другом частей, образующих единое структурно-функциональное целое;

■ особенности химического состава: в живых организмах более 95% их массы приходится на четыре элемента — кислород, углерод, водород и азот;

■ единый принцип структурной организации: высокоупорядоченное клеточное строение;

■ рост — необратимое увеличение массы и размеров живой системы, обусловленное образованием в ней новых структурных элементов;

■ онтогенез — индивидуальное развитие отдельного организма, начинающееся с момента образования зиготы или начала жизни вегетативного органа, деления материнской особи и заканчивающееся смертью;

■филогенез — историческое развитие отдельных систематических групп (в частности, видов) организмов;

■ изменчивость — способность приобретать новые свойства и признаки, приводящая к возникновению различий между роди гелями и потомством и между особями одного вида;

■ саморегуляция — свойство организма поддерживать гомеостаз, т.е. состояние относительного постоянства внутренней среды организма независимо от изменений внешней среды;

■ адаптация — способность живой системы приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды путем перестройки работы своих органов;

■ раздражимость — способность клеток, тканей и организма отвечать специфическими реакциями на любые изменения внешней и внутренней среды;

■ метаболизм (обмен веществ) — строго упорядоченная и последовательная совокупность химических реакций (в том числе реакций синтеза органических веществ — анаболизм — и реакций их окисления — катаболизм), протекающих в клетках, сопровождающихся обменом веществом и энергией организма с окружающей средой (энергозависимость) и обеспечивающих все проявления жизнедеятельности организма.

* Носителями генетической информации являются молекулы нуклеиновых кислот ДНК и РНК, входящих в состав клеток всех живых организмов.

The post Биология как наука об общих закономерностях живого first appeared on ESCULAPPRO.RU.