Клетъчна структура

Човешкото тяло, както всеки друг жив организъм, се състои от клетки. Те играят една от основните роли в нашето тяло. С помощта на клетките се осъществява растеж, развитие и размножаване.

Сега нека си припомним дефиницията на това, което обикновено се нарича клетка в биологията.

Клетката е такава елементарна единица, която участва в структурата и функционирането на всички живи организми, с изключение на вирусите. Той има собствен метаболизъм и е способен не само да съществува самостоятелно, но и да се развива и възпроизвежда. Накратко можем да заключим, че клетката е най-важният и необходим строителен материал за всеки организъм.

Разбира се, с невъоръжено око е малко вероятно да успеете да видите клетката. Но с помощта на съвременните технологии човек има чудесна възможност не само да изследва самата клетка под светлинен или електронен микроскоп, но и да изследва нейната структура, да изолира и култивира отделните й тъкани и дори да декодира генетичната клетъчна информация.

И сега, с помощта на тази фигура, нека визуално разгледаме структурата на клетката:

Клетъчна структура

Но интересното е, че се оказва, че не всички клетки имат еднаква структура. Има известна разлика между клетките на живия организъм и клетките на растенията. Всъщност в растителните клетки има пластиди, мембрана и вакуоли с клетъчен сок. На изображението можете да видите клетъчната структура на животните и растенията и да видите разликата между тях:

За повече информация относно устройството на растителните и животинските клетки ще научите, като гледате видеото

Както можете да видите, клетките, въпреки че имат микроскопични размери, но тяхната структура е доста сложна. Ето защо сега ще преминем към по-подробно изследване на структурата на клетката.

Плазмена мембрана на клетка

За да придаде форма и да отдели клетката от нейния вид, около човешката клетка е разположена мембрана.

Тъй като мембраната има способността частично да пропуска вещества през себе си, поради това необходимите вещества влизат в клетката и отпадъчните продукти се отстраняват от нея.

Условно можем да кажем, че клетъчната мембрана е ултрамикроскопичен филм, който се състои от два мономолекулни слоя протеин и бимолекулен слой липиди, който се намира между тези слоеве.

От това можем да заключим, че клетъчната мембрана играе важна роля в нейната структура, тъй като изпълнява редица специфични функции. Играе защитна, бариерна и свързваща функция между другите клетки и за комуникация с околната среда.

А сега нека разгледаме по-подробна структура на мембраната на фигурата:

Цитоплазма

Следващият компонент на вътрешната среда на клетката е цитоплазмата. Това е полутечно вещество, в което се движат и разтварят други вещества. Цитоплазмата се състои от протеини и вода.

Вътре в клетката има постоянно движение на цитоплазмата, което се нарича циклоза. Циклозата е кръгла или мрежеста.

Освен това цитоплазмата свързва различни части на клетката. В тази среда се намират органелите на клетката.

Органелите са постоянни клетъчни структури със специфични функции.

Такива органели включват структури като цитоплазмения матрикс, ендоплазмен ретикулум, рибозоми, митохондрии и др.

Сега ще се опитаме да разгледаме по-отблизо тези органели и да разберем какви функции изпълняват.

Цитоплазма

цитоплазмена матрица

Една от основните части на клетката е цитоплазмената матрица. Благодарение на него протичат процеси на биосинтеза в клетката, а съставните му части съдържат ензими, произвеждащи енергия.

цитоплазмена матрица

Ендоплазмения ретикулум

Вътре цитоплазмената зона се състои от малки канали и различни кухини. Тези канали, свързвайки се един с друг, образуват ендоплазмения ретикулум. Такава мрежа е разнородна по своята структура и може да бъде гранулирана или гладка.


Ендоплазмения ретикулум

клетъчно ядро

Най-важната част, която присъства в почти всички клетки, е клетъчното ядро. Клетките, които имат ядро, се наричат ​​еукариоти. Всяко клетъчно ядро ​​съдържа ДНК. Той е субстанцията на наследствеността и в него са зашифровани всички свойства на клетката.

клетъчно ядро

Хромозоми

Ако погледнем структурата на хромозомата под микроскоп, можем да видим, че тя се състои от две хроматиди. По правило след ядреното делене хромозомата се превръща в единичен хроматид. Но в началото на следващото делене на хромозомата се появява друг хроматид.

Хромозоми

Клетъчен център

Когато се разглежда клетъчният център, може да се види, че той се състои от майчина и дъщерна центриоли. Всеки такъв центриол е цилиндричен обект, стените са оформени от девет тройки тубули, а в средата има хомогенно вещество.

С помощта на такъв клетъчен център клетките на животните и нисшите растения се делят.

Клетъчен център

Рибозоми

Рибозомите са универсални органели както в животински, така и в растителни клетки. Тяхната основна функция е протеиновият синтез във функционалния център.

Рибозоми

Митохондриите

Митохондриите също са микроскопични органели, но за разлика от рибозомите те имат двумембранна структура, при която външната мембрана е гладка, а вътрешната има различни по форма израстъци, наречени кристи. Митохондриите играят ролята на дихателен и енергиен център

Митохондриите

апарат на Голджи

Но с помощта на апарата на Голджи се извършва натрупването и транспортирането на вещества. Също така, благодарение на този апарат, се образуват лизозоми и се синтезират липиди и въглехидрати.

По структура апаратът на Голджи прилича на отделни тела, които имат сърповидна или пръчковидна форма.

апарат на Голджи

пластиди

Но пластидите за растителна клетка играят ролята на енергийна станция. Те са склонни да преминават от един вид в друг. Пластидите са разделени на такива разновидности като хлоропласти, хромопласти, левкопласти.

пластиди

Лизозоми

Храносмилателната вакуола, която е способна да разтваря ензими, се нарича лизозома. Те са микроскопични едномембранни органели със заоблена форма. Техният брой пряко зависи от това колко жизнеспособна е клетката и какво е нейното физическо състояние.

В случай, че настъпи разрушаване на лизозомната мембрана, тогава в този случай клетката може да се самосмила.

Лизозоми

Начини за хранене на клетката

Сега нека да разгледаме как се хранят клетките:

Как се храни клетката

Тук трябва да се отбележи, че протеините и полизахаридите са склонни да проникнат в клетката чрез фагоцитоза, но течните капки - чрез пиноцитоза.

Методът на хранене на животинските клетки, при който хранителните вещества влизат в тях, се нарича фагоцитоза. И такъв универсален начин за хранене на всякакви клетки, при който хранителните вещества влизат в клетката вече в разтворена форма, се нарича пиноцитоза.

Разделя всички клетки (или живи организми) на два вида: прокариотии еукариоти. Прокариотите са безядрени клетки или организми, които включват вируси, прокариотни бактерии и синьо-зелени водорасли, в които клетката се състои директно от цитоплазмата, в която се намира една хромозома - ДНК молекула(понякога РНК).

еукариотни клеткиимат ядро, в което има нуклеопротеини (хистонов протеин + ДНК комплекс), както и др. органели. Еукариотите включват повечето съвременни едноклетъчни и многоклетъчни живи организми, известни на науката (включително растения).

Структурата на еукариотните органоиди.

Име на органоид	Структурата на органоида	Органоидни функции
Цитоплазма	Вътрешната среда на клетката, която съдържа ядрото и други органели. Има полутечна, дребнозърнеста структура.	Изпълнява транспортна функция. Регулира скоростта на протичане на метаболитните биохимични процеси. Осигурява взаимодействие между органелите.
Рибозоми	Малки сферични или елипсовидни органели с диаметър от 15 до 30 нанометра.	Те осигуряват процеса на синтез на протеинови молекули, тяхното сглобяване от аминокиселини.
Митохондриите	Органели, които имат голямо разнообразие от форми - от сферична до нишковидна. Вътре в митохондриите има гънки от 0,2 до 0,7 микрона. Външната обвивка на митохондриите има двумембранна структура. Външната мембрана е гладка, а от вътрешната има израстъци с кръстовидна форма с дихателни ензими.	Ензимите на мембраните осигуряват синтеза на АТФ (аденозинтрифосфорна киселина). Енергийна функция. Митохондриите доставят енергия на клетката, като я освобождават по време на разграждането на АТФ.
Ендоплазмен ретикулум (ER)	Мембранната система в цитоплазмата, която образува канали и кухини. Има два вида: гранулиран, върху който има рибозоми и гладък.	Осигурява процеси за синтез на хранителни вещества (протеини, мазнини, въглехидрати). Протеините се синтезират върху гранулиран ER, докато мазнините и въглехидратите се синтезират върху гладък ER. Осигурява циркулация и доставка на хранителни вещества в клетката.
пластиди(органели, характерни само за растителните клетки) са три вида:	Двойни мембранни органели
Левкопласти	Безцветни пластиди, открити в грудки, корени и луковици на растения.	Те са допълнителен резервоар за съхранение на хранителни вещества.
Хлоропласти	Органелите са с овална форма и зелен цвят. Те са отделени от цитоплазмата с две трислойни мембрани. Вътре в хлоропластите има хлорофил.	Преобразувайте органична материя от неорганична, като използвате енергията на слънцето.
Хромопласти	Органели, от жълто до кафяво, в които се натрупва каротин.	Те допринасят за появата на части с жълт, оранжев и червен цвят в растенията.
Лизозоми	Заоблени органели с диаметър около 1 микрон, имащи мембрана на повърхността, а вътре - комплекс от ензими.	храносмилателна функция. Смила хранителните частици и елиминира мъртвите части от клетката.
Комплекс Голджи	Може да има различни форми. Състои се от кухини, разделени от мембрани. От кухините излизат тръбни образувания с мехурчета в краищата.	Образува лизозоми. Събира и отстранява органични вещества, синтезирани в EPS.
Клетъчен център	Състои се от центросфера (уплътнена област на цитоплазмата) и центриоли - две малки тела.	Изпълнява важна функция за клетъчното делене.
Клетъчни включвания	Въглехидрати, мазнини и протеини, които са непостоянни компоненти на клетката.	Резервни хранителни вещества, които се използват за живота на клетката.
Органели на движението	Камшичета и реснички (израстъци и клетки), миофибрили (нишковидни образувания) и псевдоподии (или псевдоподии).	Те изпълняват двигателна функция, а също така осигуряват процеса на свиване на мускулите.

клетъчно ядрое основният и най-сложен органел на клетката, затова ще го разгледаме

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Хоствано на http://www.allbest.ru/

Планирайте

1. Клетка, нейното устройство и функции

2. Водата в живота на клетката

3. Метаболизъм и енергия в клетката

4. Хранене на клетката. Фотосинтеза и хемосинтеза

5. Генетичен код. Синтез на протеини в клетката

6. Регулиране на транскрипцията и транслацията в клетката и организма

Библиография

1. Клетка, нейното устройство и функции

Клетките са разположени в междуклетъчното вещество, което осигурява тяхната механична здравина, хранене и дишане. Основните части на всяка клетка са цитоплазмата и ядрото.

Клетката е покрита с мембрана, състояща се от няколко слоя молекули, осигуряващи селективна пропускливост на веществата. Най-малките структури - органели - са разположени в цитоплазмата. Клетъчните органели включват: ендоплазмен ретикулум, рибозоми, митохондрии, лизозоми, комплекс Голджи, клетъчен център.

Клетката се състои от: повърхностен апарат, цитоплазма, ядро.

Структурата на животинската клетка

Външна или плазмена мембрана- ограничава съдържанието на клетката от околната среда (други клетки, междуклетъчно вещество), състои се от липидни и протеинови молекули, осигурява комуникация между клетките, транспортиране на вещества в клетката (пиноцитоза, фагоцитоза) и извън клетката.

Цитоплазма- вътрешната полутечна среда на клетката, която осигурява комуникацията между ядрото и разположените в него органели. Основните процеси на жизнената дейност протичат в цитоплазмата.

Клетъчни органели:

1) ендоплазмен ретикулум (ER)- система от разклонени тубули, участващи в синтеза на протеини, липиди и въглехидрати, в транспорта на вещества, в клетката;

2) рибозоми- тела, съдържащи рРНК, са разположени в ER и в цитоплазмата и участват в синтеза на протеини. EPS и рибозомите са единен апарат за протеинов синтез и транспорт;

3) митохондриите- "електростанции" на клетката, ограничени от цитоплазмата с две мембрани. Вътрешният образува кристи (гънки), които увеличават повърхността му. Ензимите на кристалите ускоряват реакциите на окисляване на органични вещества и синтеза на богати на енергия ATP молекули;

4) комплекс Голджи- група от кухини, ограничени от мембрана от цитоплазмата, пълни с протеини, мазнини и въглехидрати, които или се използват в жизнените процеси, или се отстраняват от клетката. Мембраните на комплекса осъществяват синтеза на мазнини и въглехидрати;

5) лизозоми- телата, пълни с ензими, ускоряват реакциите на разграждане на протеини до аминокиселини, липиди до глицерол и мастни киселини, полизахариди до монозахариди. В лизозомите се унищожават мъртви части от клетката, цели клетки и клетки.

Клетъчни включвания- Натрупвания на резервни хранителни вещества: протеини, мазнини и въглехидрати.

Ядро- най-важната част от клетката.

Покрит е с двумембранна мембрана с пори, през които някои вещества проникват в ядрото, а други навлизат в цитоплазмата.

Хромозомите са основните структури на ядрото, носители на наследствена информация за характеристиките на организма. Предава се в процеса на делене на майчината клетка на дъщерни клетки, а с полови клетки - на дъщерни организми.

Ядрото е мястото на синтеза на ДНК, иРНК, рРНК.

Химическият състав на клетката

Клетката е елементарната единица на живота на Земята. Има всички характеристики на живия организъм: расте, възпроизвежда се, обменя вещества и енергия с околната среда и реагира на външни стимули. Началото на биологичната еволюция се свързва с появата на клетъчни форми на живот на Земята. Едноклетъчните организми са клетки, които съществуват отделно една от друга. Тялото на всички многоклетъчни организми - животни и растения - е изградено от повече или по-малко клетки, които са своеобразни градивни елементи, изграждащи един сложен организъм. Независимо дали клетката е цялостна жива система - отделен организъм или е само част от него, тя е надарена с набор от характеристики и свойства, общи за всички клетки.

В клетки са открити около 60 елемента от периодичната система на Менделеев, които се срещат и в неживата природа. Това е едно от доказателствата за общността на живата и неживата природа. Водородът, кислородът, въглеродът и азотът са най-често срещаните в живите организми, които съставляват около 98% от масата на клетките. Това се дължи на особеностите на химичните свойства на водорода, кислорода, въглерода и азота, в резултат на което те се оказват най-подходящи за образуването на молекули, изпълняващи биологични функции. Тези четири елемента са в състояние да образуват много силни ковалентни връзки чрез сдвояване на електрони, принадлежащи на два атома. Ковалентно свързаните въглеродни атоми могат да образуват гръбнака на безброй различни органични молекули. Тъй като въглеродните атоми лесно образуват ковалентни връзки с кислород, водород, азот, а също и със сяра, органичните молекули достигат изключителна сложност и разнообразие на структура.

В допълнение към четирите основни елемента клетката съдържа желязо, калий, натрий, калций, магнезий, хлор, фосфор и сяра в забележими количества (10-та и 100-та част от процента). Всички останали елементи (цинк, мед, йод, флуор, кобалт, манган и др.) се намират в клетката в много малки количества и затова се наричат ​​микроелементи.

Химичните елементи са част от неорганични и органични съединения. Неорганичните съединения включват вода, минерални соли, въглероден диоксид, киселини и основи. Органичните съединения са протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, мазнини (липиди) и липоиди. Освен кислород, водород, въглерод и азот в състава им могат да бъдат включени и други елементи. Някои протеини съдържат сяра. Фосфорът е съставна част на нуклеиновите киселини. Молекулата на хемоглобина включва желязо, магнезият участва в изграждането на молекулата на хлорофила. Микроелементите, въпреки изключително ниското си съдържание в живите организми, играят важна роля в жизнените процеси. Йодът е част от хормона на щитовидната жлеза - тироксин, кобалтът - в състава на витамин B 12, хормонът на инсуларната част на панкреаса - инсулин - съдържа цинк.

Органичната материя на клетката

катерици.

Сред органичните вещества на клетката протеините са на първо място както по количество (10 - 12% от общата клетъчна маса), така и по стойност. Протеините са полимери с високо молекулно тегло (с молекулно тегло от 6000 до 1 милион или повече), чиито мономери са аминокиселини. Живите организми използват 20 аминокиселини, въпреки че има много повече. Всяка аминокиселина съдържа аминогрупа (-NH2), която има основни свойства, и карбоксилна група (-COOH), която има киселинни свойства. Две аминокиселини се комбинират в една молекула чрез установяване на HN-CO връзка с освобождаване на водна молекула. Връзката между аминогрупата на една аминокиселина и карбоксилната група на друга се нарича пептидна връзка.

Протеините са полипептиди, съдържащи десетки или стотици аминокиселини. Молекулите на различни протеини се различават една от друга по молекулно тегло, брой, състав на аминокиселините и тяхната последователност в полипептидната верига. Следователно е ясно, че протеините са с голямо разнообразие, техният брой във всички видове живи организми се оценява на 1010 - 1012.

Верига от аминокиселинни единици, свързани с ковалентни пептидни връзки в определена последователност, се нарича първична структура на протеин.

В клетките протеините имат формата на спирално усукани влакна или топки (глобули). Това се обяснява с факта, че в естествения протеин полипептидната верига е нагъната по строго определен начин, в зависимост от химическата структура на съставните му аминокиселини.

Първо, полипептидната верига се навива в спирала. Възниква привличане между атомите на съседни навивки и се образуват водородни връзки, по-специално между NH- и CO-групи, разположени на съседни навивки. Верига от аминокиселини, усукана под формата на спирала, образува вторичната структура на протеина. В резултат на по-нататъшното нагъване на спиралата възниква специфична за всеки протеин конфигурация, наречена третична структура. Третичната структура се дължи на действието на кохезионните сили между хидрофобните радикали, присъстващи в някои аминокиселини и ковалентните връзки между SH групите на цистеиновата аминокиселина (S-S връзки). Броят на хидрофобните радикали на аминокиселините и цистеина, както и редът на тяхното подреждане в полипептидната верига е специфичен за всеки протеин. Следователно характеристиките на третичната структура на протеина се определят от неговата първична структура. Протеинът проявява биологична активност само под формата на третична структура. Следователно замяната дори на една аминокиселина в полипептидната верига може да доведе до промяна в конфигурацията на протеина и до намаляване или загуба на неговата биологична активност.

В някои случаи протеиновите молекули се комбинират помежду си и могат да изпълняват функцията си само под формата на комплекси. И така, хемоглобинът е комплекс от четири молекули и само в тази форма е способен да прикрепя и транспортира О. такива агрегати представляват кватернерната структура на протеина. Според състава си протеините се разделят на два основни класа - прости и сложни. Простите протеини се състоят само от аминокиселини нуклеинови киселини (нуклеотиди), липиди (липопротеини), Me (метални протеини), P (фосфопротеини).

Функциите на белтъците в клетката са изключително разнообразни..

Една от най-важните е строителната функция: протеините участват в образуването на всички клетъчни мембрани и клетъчни органели, както и на вътреклетъчните структури. От изключително значение е ензимната (каталитична) роля на протеините. Ензимите ускоряват химичните реакции, протичащи в клетката, с 10 или 100 милиона пъти. Двигателната функция се осигурява от специални контрактилни протеини. Тези протеини участват във всички видове движения, на които са способни клетките и организмите: трептенето на ресничките и биенето на камшичетата при протозоите, мускулната контракция при животните, движението на листата при растенията и т.н.

Транспортната функция на протеините е да прикрепят химични елементи (например хемоглобинът прикрепя О) или биологично активни вещества (хормони) и да ги прехвърлят към тъканите и органите на тялото. Защитната функция се изразява под формата на производство на специални протеини, наречени антитела, в отговор на проникването на чужди протеини или клетки в тялото. Антителата свързват и неутрализират чужди вещества. Протеините играят важна роля като източници на енергия. С пълно разделяне на 1гр. протеини се отделят 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). хромозома на клетъчната мембрана

Въглехидрати.

Въглехидратите или захаридите са органични вещества с обща формула (CH 2O) n. Повечето въглехидрати имат два пъти повече Н атоми, отколкото има О атоми, както във водните молекули. Поради това тези вещества бяха наречени въглехидрати. В живата клетка въглехидратите се намират в количества не повече от 1-2, понякога 5% (в черния дроб, в мускулите). Най-богати на въглехидрати са растителните клетки, където съдържанието им в някои случаи достига 90% от масата на сухото вещество (семена, картофени клубени и др.).

Въглехидратите са прости и сложни.

Простите въглехидрати се наричат ​​монозахариди. В зависимост от броя на въглехидратните атоми в молекулата, монозахаридите се наричат ​​триози, тетрози, пентози или хексози. От шестте въглеродни монозахариди най-важни са хексозите, глюкозата, фруктозата и галактозата. Глюкозата се съдържа в кръвта (0,1-0,12%). Пентозите рибоза и дезоксирибоза са част от нуклеиновите киселини и АТФ. Ако два монозахарида се комбинират в една молекула, такова съединение се нарича дизахарид. Хранителната захар, получена от тръстика или захарно цвекло, се състои от една молекула глюкоза и една молекула фруктоза, млечната захар - от глюкоза и галактоза.

Сложните въглехидрати, образувани от много монозахариди, се наричат ​​полизахариди. Мономерът на такива полизахариди като нишесте, гликоген, целулоза е глюкозата. Въглехидратите изпълняват две основни функции: строителна и енергийна. Целулозата образува стените на растителните клетки. Сложният полизахарид хитин е основният структурен компонент на екзоскелета на членестоногите. Хитинът изпълнява и градивна функция при гъбите.

Въглехидратите играят ролята на основен източник на енергия в клетката. В процеса на окисляване на 1 g въглехидрати се отделят 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Нишестето в растенията и гликогенът в животните се съхраняват в клетките и служат като енергиен резерв.

Нуклеинова киселина.

Стойността на нуклеиновите киселини в клетката е много висока. Особеностите на тяхната химическа структура осигуряват възможност за съхраняване, прехвърляне и наследяване на дъщерните клетки на информация за структурата на протеиновите молекули, които се синтезират във всяка тъкан на определен етап от индивидуалното развитие.

Тъй като повечето от свойствата и характеристиките на клетките се дължат на протеините, ясно е, че стабилността на нуклеиновите киселини е най-важното условие за нормалното функциониране на клетките и целите организми. Всякакви промени в структурата на клетките или активността на физиологичните процеси в тях, като по този начин засягат живота. Изследването на структурата на нуклеиновите киселини е изключително важно за разбирането на унаследяването на признаците в организмите и закономерностите на функциониране както на отделните клетки, така и на клетъчните системи – тъкани и органи.

Има 2 вида нуклеинови киселини - ДНК и РНК.

ДНК е полимер, състоящ се от две нуклеотидни спирали, затворени така, че се образува двойна спирала. Мономерите на ДНК молекулите са нуклеотиди, състоящи се от азотна основа (аденин, тимин, гуанин или цитозин), въглехидрат (дезоксирибоза) и остатък от фосфорна киселина. Азотните бази в молекулата на ДНК са свързани помежду си с неравен брой Н-връзки и са подредени по двойки: аденин (А) винаги е срещу тимин (Т), гуанин (G) срещу цитозин (С). Схематично разположението на нуклеотидите в ДНК молекулата може да бъде изобразено по следния начин:

Фиг. 1. Подреждане на нуклеотидите в ДНК молекула

От фиг.1. Вижда се, че нуклеотидите са свързани помежду си не произволно, а селективно. Способността за избирателно взаимодействие на аденин с тимин и гуанин с цитозин се нарича комплементарност. Допълнителното взаимодействие на определени нуклеотиди се обяснява с особеностите на пространственото разположение на атомите в техните молекули, което им позволява да се приближават един към друг и да образуват Н-връзки.

В полинуклеотидна верига съседните нуклеотиди са свързани заедно чрез захар (дезоксирибоза) и остатък от фосфорна киселина. РНК, подобно на ДНК, е полимер, чиито мономери са нуклеотиди.

Азотните бази на трите нуклеотида са същите като тези, които изграждат ДНК (A, G, C); четвъртият - урацил (U) - присъства в молекулата на РНК вместо тимин. РНК нуклеотидите се различават от ДНК нуклеотидите по структурата на техния въглехидрат (рибоза вместо дезоксирибоза).

В една РНК верига нуклеотидите се свързват чрез образуване на ковалентни връзки между рибозата на един нуклеотид и остатъка от фосфорна киселина на друг. Двуверижните РНК се различават по структура. Двуверижните РНК са пазители на генетична информация в редица вируси, т.е. изпълняват функциите на хромозомите. Едноверижните РНК извършват преноса на информация за структурата на протеините от хромозомата до мястото на техния синтез и участват в синтеза на протеини.

Има няколко вида едноверижна РНК. Имената им се дължат на тяхната функция или местоположение в клетката. По-голямата част от цитоплазмената РНК (до 80-90%) е рибозомна РНК (рРНК), съдържаща се в рибозомите. Молекулите на рРНК са относително малки и се състоят средно от 10 нуклеотида.

Друг тип РНК (иРНК), която носи информация за последователността на аминокиселините в протеините, които трябва да се синтезират до рибозомите. Размерът на тези РНК зависи от дължината на ДНК сегмента, от който са синтезирани.

Трансферните РНК изпълняват няколко функции. Те доставят аминокиселини до мястото на протеиновия синтез, "разпознават" (според принципа на комплементарността) триплета и РНК, съответстващи на прехвърлената аминокиселина, и извършват точната ориентация на аминокиселината върху рибозомата.

Мазнини и липоиди.

Мазнините са съединения на мастни макромолекулни киселини и тривалентен алкохол глицерол. Мазнините не се разтварят във вода – те са хидрофобни.

В клетката винаги има други сложни хидрофобни мастноподобни вещества, наречени липоиди. Една от основните функции на мазнините е енергията. При разграждането на 1 g мазнина до CO 2 и H 2 O се отделя голямо количество енергия - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal).

Основната функция на мазнините в животинския (и отчасти растителния) свят е складирането.

Мазнините и липоидите изпълняват и градивна функция: те са част от клетъчните мембрани. Поради лошата топлопроводимост, мазнините могат да изпълняват защитна функция. При някои животни (тюлени, китове) се отлага в подкожната мастна тъкан, като образува слой с дебелина до 1 м. Образуването на някои липоиди предхожда синтеза на редица хормони. Следователно тези вещества също имат функцията да регулират метаболитните процеси.

2. Водата в живота на клетката

Химични вещества, които изграждат клетката: неорганични (вода, минерални соли)

Осигуряване на еластичност на клетките.

Последствията от загубата на вода от клетката са увяхване на листата, изсъхване на плодовете.

Ускоряване на химичните реакции поради разтварянето на вещества във вода.

Осигуряване на движението на веществата: навлизането на повечето вещества в клетката и отстраняването им от клетката под формата на разтвори.

Осигуряване на разтваряне на много химикали (няколко соли, захари).

Участие в редица химични реакции.

Участие в процеса на терморегулация поради способността за бавно нагряване и бавно охлаждане.

вода. H 2О-най-разпространеното съединение в живите организми. Съдържанието му в различните клетки варира в доста широки граници.

Изключително важната роля на водата за осигуряване на жизнените процеси се дължи на нейните физикохимични свойства.

Полярността на молекулите и способността за образуване на водородни връзки правят водата добър разтворител за огромен брой вещества. Повечето химични реакции, протичащи в клетката, могат да протичат само във воден разтвор.

Водата също участва в много химични трансформации.

Общият брой на водородните връзки между водните молекули варира в зависимост от t °. При t ° топящият се лед разрушава приблизително 15% от водородните връзки, при t ° 40 ° C - половината. При преминаване в газообразно състояние всички водородни връзки се разрушават. Това обяснява високия специфичен топлинен капацитет на водата. Когато t ° на външната среда се промени, водата абсорбира или отделя топлина поради разкъсване или ново образуване на водородни връзки.

По този начин флуктуациите на t° вътре в клетката се оказват по-малки, отколкото в околната среда. Високата топлина на изпарение е в основата на ефективния механизъм на пренос на топлина при растенията и животните.

Водата като разтворител участва в явленията осмоза, която играе важна роля в жизнената дейност на клетките на тялото. Осмозата се отнася до проникването на молекули на разтворителя през полупропусклива мембрана в разтвор на вещество.

Полупропускливите мембрани са мембрани, които позволяват преминаването на молекулите на разтворителя, но не позволяват преминаването на молекули (или йони) на разтвореното вещество. Следователно осмозата е еднопосочна дифузия на водни молекули по посока на разтвора.

минерални соли.

Повечето от неорганичните вътрешни клетки са под формата на соли в дисоциирано или твърдо състояние.

Концентрацията на катиони и аниони в клетката и в нейната среда не е еднаква. Осмотичното налягане в клетката и нейните буферни свойства до голяма степен зависят от концентрацията на соли.

Буферирането е способността на клетката да поддържа леко алкална реакция на съдържанието си на постоянно ниво. Съдържанието на минерални соли в клетката под формата на катиони (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) и аниони (--HPO | ~, - H 2RS> 4, - SG, - HCC * s). Балансът на съдържанието на катиони и аниони в клетката, осигуряващ постоянството на вътрешната среда на тялото. Примери: средата в клетката е слабо алкална, вътре в клетката има висока концентрация на K + йони, а в околната среда около клетката - Na + йони. Участие на минералните соли в метаболизма.

3 . Ообмен на вещества и енергия в клетката

Енергиен метаболизъм в клетката

Аденозин трифосфат (съкр. АТФ, Английски ГПР) - нуклеотид, играе изключително важна роля в обмяната на енергия и вещества в организмите; На първо място, съединението е известно като универсален източник на енергия за всички биохимични процеси, протичащи в живите системи.

АТФ осигурява енергия за всички клетъчни функции: механична работа, биосинтез на вещества, делене и др. Средно съдържанието на АТФ в клетката е около 0,05% от нейната маса, но в тези клетки, където разходите за АТФ са високи (например в чернодробни клетки, напречно набраздени мускули), съдържанието му може да достигне до 0,5%. Синтезът на АТФ в клетките се осъществява главно в митохондриите. Както си спомняте (вижте 1.7), са необходими 40 kJ, за да се синтезира 1 мол ATP от ADP.

Енергийният метаболизъм в клетката се разделя на три етапа.

Първият етап е подготвителен.

По време на него големите хранителни полимерни молекули се разпадат на по-малки фрагменти. Полизахаридите се разпадат на ди- и монозахариди, протеините - на аминокиселини, мазнините - на глицерол и мастни киселини. По време на тези трансформации се отделя малко енергия, тя се разсейва под формата на топлина и не се образува АТФ.

Вторият етап е непълно, без кислород, разделяне на веществата.

На този етап образуваните по време на подготвителния етап вещества се разграждат от ензими в отсъствието на кислород.

Нека анализираме този етап, използвайки примера на гликолизата - ензимното разграждане на глюкозата. Гликолизата се среща в животински клетки и в някои микроорганизми. В обобщение този процес може да бъде представен като следното уравнение:

C 6H 12O 6 + 2H 3P 04 + 2ADP > 2C 3H 603 + 2ATP + 2H 2O

Така по време на гликолизата две молекули се образуват от една молекула глюкоза, три - въглеродна пирогроздена киселина (C 3H 4O 3), която в много клетки, например мускулни клетки, се превръща в млечна киселина (C 3H 6O 3) и енергията, освободена по време на това, е достатъчна, за да превърне две ADP молекули в две ATP молекули.

Въпреки привидната си простота, гликолизата е многоетапен процес с повече от десет етапа, катализирани от различни ензими. Само 40% от освободената енергия се съхранява от клетката под формата на АТФ, а останалите 60% се разсейват под формата на топлина. Поради многото етапи на гликолиза, освободените малки порции топлина нямат време да загреят клетката до опасно ниво.

Гликолизата се случва в цитоплазмата на клетките.

В повечето растителни клетки и някои гъби вторият етап на енергийния метаболизъм е представен от алкохолна ферментация:

C 6H 12O 6 + 2H 3RO 4 + 2ADP> 2C 2H 5OH + 2C 02 + 2ATP + 2H2O

Първоначалните продукти на алкохолната ферментация са същите като тези на гликолизата, но резултатът е етилов алкохол, въглероден диоксид, вода и две ATP молекули. Има микроорганизми, които разграждат глюкозата до ацетон, оцетна киселина и други вещества, но във всеки случай "енергийната печалба" на клетката е две молекули АТФ.

Третият етап от енергийния метаболизъм е пълното разделяне на кислорода или клетъчното дишане.

В този случай веществата, образувани във втория етап, се разрушават до крайни продукти - CO 2 и H 2O. Този етап може да бъде представен по следния начин:

2C 3H 6O 3 + 6O 2 + 36H 3PO 4 + 36 ADP > 6CO 2 + 42 H 2O + 36ATP.

По този начин окислението на две молекули от три въглеродни киселини, образувани по време на ензимното разграждане на глюкозата до CO 2 и H 2 O, води до освобождаване на голямо количество енергия, достатъчно за образуването на 36 ATP молекули.

Клетъчното дишане се извършва върху кристите на митохондриите. Ефективността на този процес е по-висока от тази на гликолизата и е приблизително 55%. В резултат на пълното разграждане на една молекула глюкоза се образуват 38 молекули АТФ.

За получаване на енергия в клетките, в допълнение към глюкозата, могат да се използват и други вещества: липиди, протеини. Водещата роля в енергийния метаболизъм в повечето организми обаче принадлежи на захарите.

4 . Пхраня секлетки. Фотосинтеза и хемосинтеза

Храненето на клетката възниква в резултат на редица сложни химични реакции, по време на които веществата, които влизат в клетката от външната среда (въглероден диоксид, минерални соли, вода), навлизат в тялото на самата клетка под формата на протеини, захари, мазнини , масла, азотни и фосфорни съединения.

Всички живи организми, живеещи на Земята, могат да бъдат разделени на две групи в зависимост от начина, по който си набавят необходимите им органични вещества.

Първа група - автотрофи, което на гръцки означава „самохранещ се“. Те могат самостоятелно да създават всички органични вещества, които са им необходими за изграждане на клетки и жизнени процеси от неорганични вещества - вода, въглероден диоксид и др. Те получават енергия за такива сложни трансформации или от слънчевата светлина и се наричат ​​фототрофи, или от енергията на химичните трансформации на минерални съединения, в който случай те се наричат ​​хемотрофи. Но както фототрофните, така и хемотрофните организми не се нуждаят от органична материя, която да идва отвън. Автотрофите включват всички зелени растения и много бактерии.

Фундаментално различен начин за получаване на необходимите органични съединения в хетеротрофите. Хетеротрофите не могат самостоятелно да синтезират такива вещества от неорганични съединения и се нуждаят от постоянно усвояване на готови органични вещества отвън. След това "пренареждат" получените отвън молекули за собствени нужди.

хетеротрофни организмиса пряко зависими от продуктите на фотосинтезата, произведени от зелените растения. Например, като ядем зеле или картофи, ние получаваме вещества, синтезирани в растителните клетки поради енергията на слънчевата светлина. Ако ядем месо от домашни животни, тогава трябва да помним, че тези животни ядат растителна храна: трева, зърно и т.н. По този начин тяхното месо е изградено от молекули, получени от растителни храни.

Хетеротрофите включват гъби, животни и много бактерии. Някои клетки на зелено растение също са хетеротрофни: клетки на камбий, корен. Факт е, че клетките на тези части на растението не са способни на фотосинтеза и се хранят с органични вещества, синтезирани от зелените части на растението.

Клетъчно хранене: лизозоми и вътреклетъчно храносмилане

Лизозомите, чийто брой в една клетка достига няколкостотин, образуват типично пространство.

Има лизозоми с различни форми и размери; вътрешната им структура се отличава със специално разнообразие. Това разнообразие е отразено в морфологичната терминология. Има много термини за частиците, които сега познаваме като лизозоми. Сред тях: плътни тела, остатъчни тела, цитозоми, цитосегресоми и много други.

От гледна точка на химията смилането на храната означава подлагането й на хидролиза, т.е. използване на вода за разграждане на различни връзки, чрез които са свързани градивните елементи на естествените естествени макромолекули. Например пептидни връзки, свързващи аминокиселини в протеини, гликолизни връзки, свързващи захари в полизахариди, и естерни връзки между киселини и алкохоли. В по-голямата си част тези връзки са много стабилни, разрушават се само при тежки условия на температура и стойности на pH (киселинна или алкална среда).

Живите организми не са в състояние да създадат или да издържат на такива условия, но въпреки това усвояват храната без затруднения. И правят това с помощта на специални катализатори - хидролитични ензими, или хидролази, които се секретират в храносмилателната система. Хидролазите са специфични катализатори. Всеки от тях разделя само строго определен вид химична връзка. Тъй като храната обикновено се състои от много компоненти с различни химични връзки, храносмилането изисква едновременно координирано или последователно участие на различни ензими. В действителност храносмилателните сокове, секретирани в стомашно-чревния тракт, съдържат голям брой различни хидролази, което позволява на човешкото тяло да абсорбира много сложни хранителни продукти от растителен и животински произход. Тази способност обаче е ограничена и човешкото тяло не е в състояние да смила целулозата.

Тези основни разпоредби се прилагат по същество за лизозомите. Във всяка лизозома откриваме цяла колекция от различни хидролази - повече от 50 вида са идентифицирани - които заедно са способни напълно или почти напълно да усвояват много от основните природни вещества, включително протеини, полизахариди, нуклеинови киселини, техните комбинации и производни. Въпреки това, подобно на човешкия стомашно-чревен тракт, лизозомите се характеризират с някои ограничения в техния смилателен капацитет.

В червата крайните продукти на храносмилането (усвоените) се „изчистват“ чрез чревна абсорбция: те се отстраняват от клетките на лигавицата, обикновено чрез активни помпи, и навлизат в кръвния поток. Нещо подобно се случва в лизозомите.

Различни малки молекули, образувани по време на храносмилането, се транспортират през лизозомната мембрана до цитоплазмата, където се използват от метаболитните системи на клетката.

Но понякога храносмилането не се случва или е непълно и не достига етапа, при който продуктите му могат да бъдат пречистени. При повечето протозои и нисши безгръбначни такива ситуации не причиняват никакви специални последствия, т.к техните клетки имат способността да се отърват от съдържанието на старите си лизозоми, като просто го изхвърлят в околната среда.

При висшите животни много клетки не са в състояние да изпразнят своите лизозоми по този начин. Те са в състояние на хроничен "запек". Именно този сериозен дефицит е в основата на множество патологични състояния, свързани с претоварване на лизозомите. Диспепсия, повишена киселинност, запек и други храносмилателни разстройства.

Автотрофно хранене

Животът на Земята зависи от автотрофните организми. Почти цялата органична материя, необходима на живите клетки, се произвежда чрез фотосинтеза.

фотосинтеза(от гръцки снимки - светлина и синтез - връзка, комбинация) - превръщането на неорганични вещества (вода и въглероден диоксид) в органични вещества от зелени растения и фотосинтезиращи микроорганизми поради слънчевата енергия, която се превръща в енергия на химичните връзки в молекули на органични вещества.

Фази на фотосинтезата.

В процеса на фотосинтеза, бедната на енергия вода и въглероден диоксид се превръщат в енергоемка органична материя - глюкоза. В този случай слънчевата енергия се натрупва в химическите връзки на това вещество. Освен това по време на фотосинтезата в атмосферата се отделя кислород, който се използва от организмите за дишане.

Сега е установено, че фотосинтезата протича в две фази - светла и тъмна.

В светлинната фаза, благодарение на слънчевата енергия, молекулите на хлорофила се възбуждат и се синтезира АТФ.

Едновременно с тази реакция, под действието на светлината, водата (H 20) се разлага с отделяне на свободен кислород (02). Този процес се нарича фотолиза (от гръцки photos - светлина и lysis - разтваряне). Получените водородни йони се свързват със специално вещество – носител на водородни йони (NADP) и се използват в следващата фаза.

Наличието на светлина не е необходимо за протичане на реакциите на температурната фаза. Молекулите на АТФ, синтезирани в светлинната фаза, служат като източник на енергия тук. В температурната фаза въглеродният диоксид се асимилира от въздуха, редуцира се от водородни йони и се образува глюкоза поради използването на енергия от АТФ.

Влияние на условията на околната среда върху фотосинтезата.

Фотосинтезата използва само 1% от слънчевата енергия, падаща върху листата. Фотосинтезата зависи от редица условия на околната среда. Първо, този процес протича най-интензивно под въздействието на червените лъчи на слънчевия спектър (фиг. 58). Степента на интензивност на фотосинтезата се определя от количеството отделен кислород, което измества водата от цилиндъра. Скоростта на фотосинтеза също зависи от степента на осветеност на растението. Увеличаването на продължителността на дневната светлина води до увеличаване на производителността на фотосинтезата, т.е. количеството органични вещества, образувани от растението.

Значението на фотосинтезата.

Продуктите на фотосинтезата се използват:

организмите като хранителни вещества, източник на енергия и кислород за жизнените процеси;

в производството на човешка храна

като строителен материал за жилищно строителство, в производството на мебели и др.

Човечеството дължи съществуването си на фотосинтезата.

Всички запаси от гориво на Земята са продукти, образувани в резултат на фотосинтеза. Използвайки въглища и дървесина, ние получаваме енергията, която се съхранява в органичната материя по време на фотосинтезата. В същото време в атмосферата се отделя кислород.

Според учените без фотосинтеза целият запас от кислород би бил изразходван за 3000 години.

Хемосинтеза.

В допълнение към фотосинтезата е известен друг метод за получаване на енергия и синтез на органични вещества от неорганични. Някои бактерии са в състояние да извличат енергия чрез окисляване на различни неорганични вещества. Те не се нуждаят от светлина, за да създават органични вещества. Процесът на синтез на органични вещества от неорганични вещества, който се осъществява благодарение на енергията на окисление на неорганичните вещества, се нарича хемосинтеза (от латински chemia - химия и гръцки synthesis - връзка, комбинация).

Хемосинтетичните бактерии са открити от руския учен С.Н. Виноградски. В зависимост от това кое вещество се окислява и каква енергия се отделя се разграничават хемосинтезиращи железни бактерии, серни бактерии и азотобактерии.

5 . Женетикакод на реплика. Синтез на протеини в клетката

Генетичен код- единна система за запис на наследствена информация в молекули на нуклеинова киселина под формата на последователност от нуклеотиди. Генетичният код се основава на използването на азбука, състояща се само от четири нуклеотидни букви, които се различават по азотни бази: A, T, G, C.

Основните свойства на генетичния код са следните:

1. Генетичният код е триплет. Триплет (кодон) е последователност от три нуклеотида, която кодира една аминокиселина. Тъй като протеините съдържат 20 аминокиселини, очевидно е, че всяка от тях не може да бъде кодирана от един нуклеотид (тъй като в ДНК има само четири вида нуклеотиди, в този случай 16 аминокиселини остават некодирани). Два нуклеотида за кодиране на аминокиселини също не са достатъчни, тъй като в този случай могат да бъдат кодирани само 16 аминокиселини. Това означава, че най-малкият брой нуклеотиди, кодиращи една аминокиселина, е три. (В този случай броят на възможните нуклеотидни триплети е 43 = 64).

2. Излишъкът (изродеността) на кода е следствие от неговия триплетен характер и означава, че една аминокиселина може да бъде кодирана от няколко триплета (тъй като има 20 аминокиселини и 64 триплета). Изключение правят метионинът и триптофанът, които са кодирани само от един триплет. Освен това някои триплети изпълняват специфични функции.

И така, в молекулата на иРНК три от тях - UAA, UAG, UGA - са терминиращи кодони, т.е. стоп сигнали, които спират синтеза на полипептидната верига. Триплетът, съответстващ на метионина (AUG), стоящ в началото на ДНК веригата, не кодира аминокиселина, но изпълнява функцията на иницииране (вълнуващо) четене.

3. Едновременно с излишъка, кодът има свойството еднозначност, което означава, че всеки кодон съответства само на една конкретна аминокиселина.

4. Кодът е колинеарен, т.е. Последователността на нуклеотидите в гена съвпада точно с последователността на аминокиселините в протеина.

5. Генетичният код е незапокриващ се и компактен, т.е. не съдържа "препинателни знаци". Това означава, че процесът на четене не позволява възможността за припокриване на колони (тройки) и, започвайки от определен кодон, четенето продължава непрекъснато тройка по тройка до спиране на сигнали (терминиращи кодони). Например в иРНК следната последователност от азотни бази AUGGUGCUUAAAUGUG ще се чете само в триплети като този: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG, а не AUG, UGG, GGU, GUG и т.н. или AUG, GGU, UGC , CUU и т.н. или по някакъв друг начин (например кодон AUG, препинателен знак G, кодон UHC, препинателен знак U и т.н.).

6. Генетичният код е универсален, тоест ядрените гени на всички организми кодират информация за протеините по един и същи начин, независимо от нивото на организация и системното положение на тези организми.

Синтез на протеини в клетката

Биосинтезата на протеини се извършва във всяка жива клетка. Той е най-активен в младите растящи клетки, където се синтезират протеини за изграждане на органелите им, както и в секреторните клетки, където се синтезират ензимни протеини и хормонални протеини.

Основната роля в определянето на структурата на протеините принадлежи на ДНК. Част от ДНК, съдържаща информация за структурата на един протеин, се нарича ген. Една ДНК молекула съдържа няколкостотин гена. Молекулата на ДНК съдържа код за последователността на аминокиселините в протеин под формата на определено комбинирани нуклеотиди. ДНК кодът е дешифриран почти напълно. Същността му е следната. Всяка аминокиселина съответства на участък от ДНК веригата от три съседни нуклеотида.

Например, разделът T-T--T съответства на аминокиселината лизин, сегментът A-C-A на цистин, C-A-A на валин и т.н. Има 20 различни аминокиселини, броят на възможните комбинации от 4 нуклеотида 3 е равен на 64. Следователно има повече от достатъчно триплети за кодиране на всички аминокиселини.

Протеиновият синтез е сложен многоетапен процес, представляващ верига от синтетични реакции, протичащи на принципа на матричния синтез.

Тъй като ДНК се намира в клетъчното ядро ​​и протеиновият синтез се извършва в цитоплазмата, има посредник, който предава информация от ДНК към рибозомите. Такъв посредник е иРНК. :

В протеиновата биосинтеза се определят следните етапи, които протичат в различни части на клетката:

1. Първият етап - синтезът на i-RNA се извършва в ядрото, по време на който информацията, съдържаща се в ДНК гена, се пренаписва в i-RNA. Този процес се нарича транскрипция (от латинското "препис" - пренаписване).

2. На втория етап аминокиселините се комбинират с t-RNA молекули, които последователно се състоят от три нуклеотида - антикодони, с помощта на които се определя техният триплетен кодон.

3. Третият етап е процесът на директен синтез на полипептидни връзки, наречен транслация. Среща се в рибозомите.

4. На четвъртия етап възниква образуването на вторична и третична структура на протеина, т.е. образуването на крайната структура на протеина.

Така в процеса на биосинтеза на протеини се образуват нови протеинови молекули в съответствие с точната информация, заложена в ДНК. Този процес осигурява обновяването на протеините, метаболитните процеси, растежа и развитието на клетките, т.е. всички процеси на жизнената дейност на клетките.

Хромозоми (от гръцки "хром" - цвят, "сома" - тяло) - много важни структури на клетъчното ядро. Те играят основна роля в процеса на делене на клетките, като осигуряват предаването на наследствената информация от едно поколение на друго. Те са тънки нишки от ДНК, свързани с протеини. Нишките се наричат хроматиди , състоящ се от ДНК, основни протеини (хистони) и киселинни протеини.

В неделящата се клетка хромозомите запълват целия обем на ядрото и не се виждат под микроскоп. Преди да започне деленето, настъпва спирализиране на ДНК и всяка хромозома става видима под микроскоп.

По време на спирализацията хромозомите се редуцират десетки хиляди пъти. В това състояние хромозомите изглеждат като две еднакви нишки (хроматиди), разположени една до друга, свързани с общо място - центромера.

Всеки организъм се характеризира с постоянен брой и структура на хромозомите. В соматичните клетки хромозомите винаги са сдвоени, т.е. в ядрото има две идентични хромозоми, които съставляват една двойка. Такива хромозоми се наричат ​​хомоложни, а сдвоените набори от хромозоми в соматичните клетки се наричат ​​диплоидни.

И така, диплоидният набор от хромозоми при хората се състои от 46 хромозоми, образуващи 23 двойки. Всяка двойка се състои от две еднакви (хомоложни) хромозоми.

Структурните характеристики на хромозомите позволяват да се разграничат техните 7 групи, които се обозначават с латинските букви A, B, C, D, E, F, G. Всички двойки хромозоми имат поредни номера.

Мъжете и жените имат 22 двойки еднакви хромозоми. Те се наричат ​​автозоми. Мъжете и жените се различават по една двойка хромозоми, които се наричат ​​полови хромозоми. Обозначават се с букви - голям Х (група C) и малък Y (група C,). Женското тяло има 22 двойки автозоми и една двойка (XX) полови хромозоми. Мъжете имат 22 двойки автозоми и една двойка (XY) полови хромозоми.

За разлика от соматичните клетки, зародишните клетки съдържат половината набор от хромозоми, тоест съдържат по една хромозома от всяка двойка! Такъв набор се нарича хаплоиден. Хаплоидният набор от хромозоми възниква в процеса на узряване на клетките.

6 . Ррегулиране на транскрипцията и транслацията в клетката итяло

Оперон и репресор.

Известно е, че наборът от хромозоми, т.е. наборът от ДНК молекули, е еднакъв във всички клетки на един организъм.

Следователно всяка клетка в тялото е способна да синтезира произволно количество от всеки протеин, намиращ се в този организъм. За щастие, това никога не се случва, тъй като клетките на определена тъкан трябва да имат определен набор от протеини, необходими за изпълнение на тяхната функция в многоклетъчен организъм, и в никакъв случай не трябва да синтезират „чужди“ протеини, които са характерни за клетките на други тъкани.

Така например в клетките на корените е необходимо да се синтезират растителни хормони, а в клетките на листата - ензими за осигуряване на фотосинтеза. Защо тогава в една клетка всички протеини, информацията за които е налична в нейните хромозоми, не се синтезират наведнъж?

Такива механизми са по-добре разбрани в прокариотните клетки. Въпреки факта, че прокариотите са едноклетъчни организми, тяхната транскрипция и транслация също са регулирани, тъй като в един момент клетката може да се нуждае от някакъв протеин, а в друг момент същият протеин може да стане вреден за нея.

Генетичната единица на механизма за регулиране на протеиновия синтез трябва да се счита за оперон, който включва един или повече структурни гени, т.е. гени, които носят информация за структурата на иРНК, която от своя страна носи информация за структурата на протеина . Пред тези гени, в началото на оперона, има промотор - "приземна площадка" за ензима РНК полимераза. Между промотора и структурните гени в оперона има част от ДНК, наречена оператор. Ако специален протеин, репресор, е свързан с оператора, тогава РНК полимеразата не може да започне синтеза на иРНК.

Механизмът на регулиране на протеиновия синтез при еукариотите.

Регулирането на работата на гените при еукариотите, особено когато става въпрос за многоклетъчен организъм, е много по-сложно. Първо, протеините, необходими за осигуряване на всяка функция, могат да бъдат кодирани в гените на различни хромозоми (припомнете си, че при прокариотите ДНК в клетката е представена от една молекула). Второ, при еукариотите самите гени са по-сложни, отколкото при прокариотите; те имат "мълчаливи" региони, от които не се чете иРНК, но които са в състояние да регулират работата на съседните ДНК региони. Трето, в многоклетъчния организъм е необходимо точно да се регулира и координира работата на гените в клетките на различни тъкани.

Тази координация се осъществява на ниво цял организъм и основно с помощта на хормони. Те се произвеждат както в клетките на жлезите с вътрешна секреция, така и в клетките на много други тъкани, като например нервната. Тези хормони се свързват със специални рецептори, разположени или върху клетъчната мембрана, или вътре в клетката. В резултат на взаимодействието на рецептора с хормона в клетката, определени гени се активират или, обратно, се потискат и протеиновият синтез в тази клетка променя своя характер. Например надбъбречният хормон адреналин активира разграждането на гликогена до глюкоза в мускулните клетки, което води до подобряване на снабдяването на тези клетки с енергия. Друг хормон, инсулинът, секретиран от панкреаса, напротив, насърчава образуването на гликоген от глюкоза и неговото съхранение в чернодробните клетки.

Трябва също така да се има предвид, че 99,9% от ДНК на всички хора е еднакво и само останалите 0,1% определят уникалната индивидуалност на всеки човек: външен вид, черти на характера, метаболизъм, предразположеност към определени заболявания, индивидуална реакция към лекарства и много други повече..

Може да се предположи, че част от "неработещите" гени в определени клетки се губят, унищожават. Редица експерименти обаче показват, че това не е така. Цяла жаба може да бъде отгледана от чревна клетка на попова лъжица при определени условия, което е възможно само ако цялата генетична информация е запазена в ядрото на тази клетка, въпреки че част от нея не е била експресирана под формата на протеини, докато клетката е била част на чревната стена. Следователно във всяка клетка на многоклетъчен организъм се използва само част от генетичната информация, съдържаща се в неговата ДНК.Това означава, че трябва да има механизми, които „включват“ или „изключват“ работата на определен ген в различни клетки .

Общата дължина на ДНК молекулите, съдържащи се в 46 човешки хромозоми, е почти 2 метра. Ако буквите от азбуката бяха генетично кодирани с триплетен код, тогава ДНК на една човешка клетка би била достатъчна, за да криптира 1000 дебели тома текст!

Всички организми на Земята са изградени от клетки. Има едноклетъчни и многоклетъчни организми.

Организмите без ядро ​​се наричат ​​прокариоти, а тези с ядра в клетките се наричат ​​еукариоти. Отвън всяка клетка е покрита с биологична мембрана. Вътре в клетката е цитоплазмата, в която се намират ядрото (при еукариотите) и други органели. Ядрото е изпълнено с кариоплазма, която съдържа хроматин и нуклеоли. Хроматинът е ДНК, свързана с протеини, от които се образуват хромозоми по време на клетъчното делене.

Хромозомният набор на клетката се нарича кариотип.

Цитоскелетът се намира в цитоплазмата на еукариотните клетки - сложна система, която изпълнява опорни, двигателни и транспортни функции. Най-важните клетъчни органели: ядро, ендоплазмен ретикулум, комплекс Голджи, рибозоми, митохондрии, лизозоми, пластиди. Някои клетки имат органели на движение: флагели, реснички.

Съществуват значителни структурни разлики между прокариотните и еукариотните клетки.

Вирусите са неклетъчни форми на живот.

За нормалното функциониране на клетката и на целия многоклетъчен организъм е необходимо постоянството на вътрешната среда, наречена хомеостаза.

Хомеостазата се поддържа чрез метаболитни реакции, които се делят на асимилация (анаболизъм) и дисимилация (катаболизъм). Всички метаболитни реакции протичат с участието на биологични катализатори - ензими. Всеки ензим е специфичен, т.е. участва в регулирането на строго определени жизнени процеси. Следователно във всяка клетка "работят" много ензими.

Всички енергийни разходи на всяка клетка се осигуряват от универсалното енергийно вещество - АТФ. АТФ се образува поради енергията, освободена по време на окисляването на органичните вещества. Този процес е многоетапен и най-ефективното разделяне на кислорода се случва в митохондриите.

Според метода на получаване на органични вещества, необходими за живота, всички клетки се разделят на автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите се делят на фотосинтетични и хемосинтетични и всички те могат самостоятелно да синтезират необходимите им органични вещества. Хетеротрофите получават повечето органични съединения отвън.

Фотосинтезата е най-важният процес, който е в основата на появата и съществуването на огромното мнозинство организми на Земята. В резултат на фотосинтезата се получава синтез на сложни органични съединения поради енергията на слънчевата радиация. С изключение на хемосинтетиците, всички организми на Земята зависят пряко или непряко от фотосинтетиците.

Най-важният процес, който се случва във всички клетки (с изключение на клетките, които са загубили ДНК по време на развитието си), е протеиновият синтез. Информация за последователността от аминокиселини, които изграждат първичната структура на протеина, се съдържа в последователността от триплетни комбинации от ДНК нуклеотиди. Генът е част от ДНК, която кодира информация за структурата на един протеин. Транскрипцията е процесът на синтез на иРНК, кодираща аминокиселинната последователност на протеина. иРНК напуска ядрото (при еукариотите) в цитоплазмата, където в рибозомите се образува аминокиселинната верига на протеина. Този процес се нарича превод. Всяка клетка съдържа много гени, но клетката използва само строго определена част от генетичната информация, което се осигурява от наличието в гените на специални механизми, които включват или изключват синтеза на определен протеин в клетката.

Библиография

1. Даревски, И.С.; Орлов, Н.Л. Редки и застрашени животни. Земноводни и влечуги; М.: Висше училище, 1988. - 463 с.

2. Линей, Карл Философия на ботаниката; М.: Наука, 1989. - 456 с.

3. Опарин, А.И. материя. живот. Интелигентност; М.: Наука, 1977. - 208 с.

5. Атънбъроу, Дейвид Живата планета; М.: Мир, 1988. - 328 с.

Хоствано на Allbest.ru

...

Подобни документи

Основни органели на клетката. Цитоплазмата е полутечна среда, в която се намират клетъчното ядро ​​и всички органели, нейният състав. Диаграма на структурата на комплекса Голджи. Органели на движение на включване (реснички и камшичета). Формата и размерите на ядрото, неговите основни функции.

презентация, добавена на 13.11.2014 г


Единен план на структурата на телесните клетки. Строга подредба на структурата на ядрото и цитоплазмата. Клетъчно ядро ​​(хранилище на цялата генетична информация). Съдържанието на клетъчното ядро ​​(хроматин). Апарат на Голджи, ендоплазмен ретикулум, клетъчни структури.

резюме, добавено на 28.07.2009 г


Същност на органелите, класификация на цитоплазмените включвания според функционалното им предназначение. Отличителни черти на растителните и животински клетки, ролята на ядрото в тяхното функциониране. Основните органели на клетката: комплекс Голджи, митохондрии, лизозоми, пластиди.

презентация, добавена на 27.12.2011 г


Еволюционното значение на клетъчното ядро ​​- съставна част на еукариотната клетка, която съдържа генетична информация. Структурата на ядрото: хроматин, ядро, кариоплазма и ядрена обвивка. Функции на ядрото: съхранение, предаване и внедряване на наследствена информация.

презентация, добавена на 21.02.2014 г


Признаци и нива на организация на живите организми. Химическата организация на клетката. Неорганични, органични вещества и витамини. Структурата и функцията на липидите, въглехидратите и протеините. Нуклеинови киселини и техните видове. Молекули на ДНК и РНК, тяхната структура и функции.

резюме, добавено на 07/06/2010


Елементи на клетъчната структура и техните характеристики. Функции на мембрана, ядро, цитоплазма, клетъчен център, рибозома, ендоплазмен ретикулум, комплекс Голджи, лизозоми, митохондрии и пластиди. Разлики в структурата на клетките на представители на различни царства на организми.

презентация, добавена на 26.11.2013 г


Историята на развитието на клетъчната теория, нейната еволюция. Структурата и функциите на клетъчната мембрана, характеристики на мембраната, цитоплазмата, ядрото. Ролята на плазмената мембрана и апарата на Голджи в жизнената дейност на клетките. Рибозоми и митохондрии, техните функции и състав.

резюме, добавено на 16.08.2009 г


Историята на изследването на клетките, най-известните произведения на всички времена, написани по темата и съвременните познания. Елементарният строеж на клетката, нейните основни компоненти и техните функции. Цитоплазма и нейните органели, предназначение на комплекса Голджи и включвания.

резюме, добавено 07.10.2009


Структурата и функциите на клетъчното ядро. Неговата форма, състав, структура. Дезоксирибонуклеиновата киселина е носител на наследствена информация. механизъм на репликация на ДНК. Процесът на възстановяване на естествената структура на ДНК, увредена по време на нейната нормална биосинтеза.

резюме, добавено на 07.09.2015 г


Цитоплазмата е съществена част от клетката, затворена между плазмената мембрана и ядрото. Реакцията на околната среда и характеристиките на движението на цитоплазмата. Значение, функции и структура на хиалоплазмата. Видове и роля на едно- и двумембранните органели на живата клетка.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ НА КЛЕТКАТА

Клетката е елементарна единица от структурата и жизнената дейност на всички организми (с изключение на вирусите, които често се наричат ​​неклетъчни форми на живот), която има собствен метаболизъм, способна е на самостоятелно съществуване, самовъзпроизвеждане и развитие. . Всички живи организми се състоят или от много клетки (многоклетъчни животни, растения и гъби), или са едноклетъчни (много протозои и бактерии). Клонът на биологията, който изучава структурата и дейността на клетките, се нарича цитология. Напоследък също е обичайно да се говори за биологията на клетката или клетъчна биология.

Обикновено размерите на растителните и животински клетки варират от 5 до 20 микрона в диаметър. Типичната бактериална клетка е много по-малка - прибл. 2 µm, а най-малкият известен е 0,2 µm.

Някои свободно живеещи клетки, като протозои като фораминифери, могат да бъдат дълги няколко сантиметра; те винаги имат много ядра. Клетките на тънките растителни влакна достигат дължина от един метър, а процесите на нервните клетки достигат няколко метра при големи животни. При такава дължина обемът на тези клетки е малък, а повърхността е много голяма.

Най-големите клетки са неоплодени птичи яйца, пълни с жълтък. Най-голямото яйце (и следователно най-голямата клетка) принадлежеше на изчезнала огромна птица - епиорнис (Aepyornis). Предполага се, че жълтъкът му е тежал приблизително. 3,5 кг. Най-голямото яйце сред живите видове принадлежи на щрауса, жълтъкът му тежи приблизително. 0,5 кг

Някога клетката се разглеждаше като повече или по-малко хомогенна капка органична материя, която се наричаше протоплазма или живо вещество. Този термин стана остарял, след като стана ясно, че клетката се състои от много ясно разделени структури, наречени клетъчни органели („малки органи“).

Първият човек, видял клетки, е английският учен Робърт Хук (познат ни благодарение на закона на Хук). През 1665 г., опитвайки се да разбере защо корковото дърво плува толкова добре, Хук започва да изследва тънки срезове от корк с подобрен имикроскоп. Той откри, че тапата е разделена на много малки клетки, което му напомня на пчелните пити в пчелните кошери, и той нарече тези клетки клетки (на английски cell означава „клетка, клетка“).

През 1675 г. италианският лекар М. Малпиги, а през 1682 г. - английски ботаник Н. Гру потвърди клетъчната структура на растенията. Те започнаха да говорят за клетката като за „балон, пълен с хранителен сок“. През 1674 г. холандски майстор Антъни ван Льовенхук(Антон ван Льовенхук, 1632-1723) с помощта на микроскоп за първи път видя в капка вода "животни" - движещи се живи организми (ресничести, амеба, бактерии). Льовенхук е и първият, който наблюдава животински клетки - еритроцити и сперматозоиди. Така още в началото на 18 век учените знаеха, че при голямо увеличение растенията имат клетъчна структура и видяха някои организми, които по-късно бяха наречени едноклетъчни. През 1802-1808 г. френският изследовател Шарл-Франсоа Мирбел установява, че всички растения се състоят от тъкани, образувани от клетки. Б. Ламарк през 1809г

разшири идеята на Мирбел за клетъчната структура към животинските организми. През 1825 г. чешкият учен Дж. Пуркин открива ядрото на яйцеклетката на птиците и през 1839 г. въвежда термина "протоплазма". През 1831 г. английският ботаник Р. Браун пръв описва ядрото на растителна клетка и през 1833 г. установява, че ядрото е основен органел на растителна клетка. Оттогава основното в организацията на клетките не е мембраната, а съдържанието.

Методи за изследване на клетките

За първи път клетките се виждат едва след създаването на светлинни микроскопи; оттогава до днес микроскопията остава един от най-важните методи за изследване на клетките. Светлинната (оптична) микроскопия, въпреки относително ниската си разделителна способност, направи възможно наблюдението на живи клетки. През ХХ век е изобретена електронната микроскопия, която дава възможност да се изследва ултраструктурата на клетките.

При изследването на формата и структурата на клетката първият инструмент е светлинният микроскоп. Разделителната способност е ограничена до размери, сравними с дължината на вълната на светлината (0,4–0,7 µm за видима светлина). Въпреки това, много елементи от клетъчната структура са много по-малки по размер.

Друга трудност е, че повечето клетъчни компоненти са прозрачни и индексът им на пречупване е почти същият като този на водата. За подобряване на видимостта често се използват багрила, които имат различен афинитет към различните клетъчни компоненти. Оцветяването се използва и за изследване на химията на клетката. Например, някои багрила се свързват предимно с нуклеинови киселини и по този начин разкриват локализацията си в клетката. Малко количество багрила

- наричат ​​се in vivo - могат да се използват за оцветяване на живи клетки, но обикновено клетките трябва да бъдат предварително фиксирани (с помощта на вещества, които коагулират протеина) и едва след това могат да бъдат оцветени.

Преди изследването клетки или парчета тъкан обикновено се поставят в парафин или пластмаса и след това се нарязват на много тънки срезове с помощта на микротом. Този метод се използва широко в клиничните лаборатории за откриване на туморни клетки. В допълнение към конвенционалната светлинна микроскопия са разработени и други оптични методи за изследване на клетките: флуоресцентна микроскопия, фазово-контрастна микроскопия, спектроскопия и рентгенов дифракционен анализ.

оптична микроскопия

В оптичния микроскоп увеличението на обект се постига чрез серия от лещи, през които преминава светлината. Максималното увеличение, което може да се постигне с оптичен микроскоп е около 1000. Друга важна характеристика е

разделителната способност е само около 200 nm; такова разрешение беше получено в края

XIX век. Така най-малките структури, които могат да се наблюдават под оптичен микроскоп, са митохондриите и бактериите, чийто линеен размер е приблизително 500 nm. Въпреки това, обекти, по-малки от 200 nm, се виждат в светлинен микроскоп само ако самите те излъчват светлина. Тази функция се използва в флуоресцентна микроскопиякогато клетъчни структури или отделни протеини се свързват със специални флуоресцентни протеини или антитела с флуоресцентни етикети. Качеството на изображението, получено с оптичен микроскоп, също се влияе от контраста - той може да бъде увеличен с помощта на различни методи за оцветяване на клетките. Микроскопията с фазов контраст, диференциална интерференция-контраст и микроскопия на тъмно поле се използва за изследване на живи клетки. Конфокалните микроскопи могат да подобрят качеството на флуоресцентните изображения.

електронна микроскопия

През 30-те години на миналия век е конструиран електронен микроскоп, при който вместо светлина през обект преминава сноп от електрони. Теоретичната граница на разделителна способност за съвременните електронни микроскопи е около 0,002 nm, но поради практически причини се постига само около 2 nm разделителна способност за биологични обекти. Електронният микроскоп може да се използва за изследване на ултраструктурата на клетките. Има два основни вида електронна микроскопия:

сканиране и предаване.

Сканиращата (растерна) електронна микроскопия (SEM) се използва за изследване на повърхността на обект. Пробите често са покрити с тънък златен слой. REM

ви позволява да получавате 3D изображения. Трансмисионна (трансмисионна) електронна микроскопия (ТЕМ) – използва се за изследване на вътрешните

клетъчни структури. Електронен лъч преминава през обект, предварително обработен с тежки метали, които се натрупват в определени структури, увеличавайки тяхната електронна плътност. Електроните се разпръскват в области на клетката с по-висока електронна плътност, което кара тези области да изглеждат по-тъмни в изображенията.

Фракциониране на клетки. За да се установят функциите на отделните компоненти на клетката, е важно да се изолират в тяхната чиста форма, най-често това се прави с помощта на диференциалния метод. центрофугиране. Разработени са техники за получаване на чисти фракции от всякакви клетъчни органели. Производството на фракции започва с разрушаването на плазмената мембрана и образуването на клетъчен хомогенат. Хомогенатът се центрофугира последователно при различни скорости, като на първия етап могат да се получат четири фракции: (1) ядра и големи фрагменти от клетки, (2) митохондрии, пластиди, лизозоми и пероксизоми, (3) микрозоми - везикули на Голджи и ендоплазма ретикулум, (4) рибозоми, протеини и по-малки молекули ще останат в супернатантата. По-нататъшното диференциално центрофугиране на всяка от смесените фракции прави възможно получаването на чисти препарати от органели, към които могат да се прилагат различни биохимични и микроскопични методи.

клетъчна структура

Всички клетъчни форми на живот на Земята могат да бъдат разделени на две царства въз основа на структурата на съставните им клетки:

прокариоти (предядрени) - по-прости по структура;

еукариотите (ядрените) са по-сложни. Клетките, които изграждат човешкото тяло, са еукариотни.

Въпреки разнообразието от форми, организацията на клетките на всички живи организми е подчинена на единни структурни принципи.

прокариотна клетка

Прокариоти (лат. pro - преди, преди гръцки κάρῠον - ядро, ядка) - организми, които за разлика от еукариотите нямат оформено клетъчно ядро ​​и други вътрешни мембранни органели (с изключение на плоските цистерни при фотосинтезиращи видове, например уцианобактерии ). Единствената голяма кръгла (при някои видове - линейна) двуверижна ДНК молекула, която съдържа по-голямата част от генетичния материал на клетката (т.нар. нуклеоид), не образува комплекс с хистонови протеини (т.нар. хроматин). Прокариотите включват бактерии, включително цианобактерии (синьо-зелени водорасли) и археи. Основното съдържание на клетката, което изпълва целия й обем, е вискозно гранулирано

цитоплазма.

еукариотна клетка

Еукариоти (Eukaryotes) (гръцки ευ - добър, напълно и κάρῠον - ядро, ядка)

Организми, които за разлика от прокариотите имат добре оформено клетъчно ядро, отделено от цитоплазмата от ядрената мембрана. Генетичният материал се съдържа в няколко линейни двуверижни ДНК молекули (в зависимост от вида на организмите техният брой на ядро ​​може да варира от две до няколкостотин), прикрепени отвътре към мембраната на клетъчното ядро ​​и формиращи се в обширната повечето от тях представляват комплекс с хистонови протеини, наречени хроматин.

Структурата на еукариотната клетка. Схематично представяне на животинска клетка.

Някои клетки, главно растителни и бактериални, имат външен клетъчна стена. При висшите растения се състои от целулоза. Клетъчната стена играе изключително важна роля: тя е външна рамка, защитна обвивка, осигурява тургора на растителните клетки: вода, соли, молекули на много органични вещества преминават през клетъчната стена .. Животинските клетки обикновено нямат клетъчни стени .

Намира се под клетъчната стена на растенията плазмената мембранаили плазмалема. Дебелината на плазмената мембрана е около 10 nm, изследването на нейната структура и функции е възможно само с помощта на електронен микроскоп.

Вътре клетката е изпълнена с цитоплазма, в която са разположени различни органели и клетъчни включвания, както и генетичен материал под формата на ДНК молекула. Всеки от органоидите на клетката изпълнява своя специална функция и всички заедно определят жизнената дейност на клетката като цяло.

Плазмената мембрана изпълнява предимно ограничителна функция по отношение на външната за

клетки в околната среда. Това е двоен слой от молекули (бимолекулен слой или двуслой). По принцип това са молекули на фосфолипиди и други вещества, близки до тях. Липидните молекули имат двойна природа, проявяваща се в начина, по който се държат по отношение на водата. Главите на молекулите са хидрофилни, т.е. имат афинитет към водата и техните въглеводородни опашки са хидрофобни. Следователно, когато се смесят с вода, липидите образуват филм на повърхността си, подобен на маслен филм; в същото време всичките им молекули са ориентирани по един и същи начин: главите на молекулите са във водата, а въглеводородните опашки са над нейната повърхност.

AT клетъчната мембрана има два такива слоя, като във всеки от тях главите на молекулите са обърнати навън, а опашките са обърнати вътре в мембраната, една към друга, като по този начин не влизат в контакт с водата.

В допълнение към основните липидни компоненти, той съдържа големи протеинови молекули, които могат да "плуват" в липидния двоен слой и са подредени така, че едната им страна е обърната вътре в клетката, а другата е в контакт с външната среда. Някои протеини са разположени само на външната или само на вътрешната повърхност на мембраната или са само частично потопени в липидния двоен слой.

Основната функция на клетъчната мембрана е да регулира транспорта на вещества в и извън клетката.

Има няколко механизма за транспортиране на вещества през мембраната:

Дифузия - проникването на веществата през мембраната по концентрационния градиент (от областта, където концентрацията им е по-висока, към зоната, където концентрацията им е по-ниска). Дифузният транспорт на веществата се осъществява с участието на мембранни протеини, в които има молекулни пори (вода, йони) или с участието на липидната фаза (за мастноразтворимите вещества).

Улеснена дифузия- специални мембранни протеини-носители избирателно се свързват с един или друг йон или молекула и ги пренасят през мембраната.

активен транспорт. Този механизъм е свързан с разходите за енергия и служи за транспортиране на веществата срещу градиента на тяхната концентрация. Извършва се от специални

протеини носители, които образуват така наречените йонни помпи. Най-изследваната е Na+ /K+ помпата в животинските клетки, която активно изпомпва Na+ йони, докато абсорбира K+ йони.

AT В комбинация с активния транспорт на йони в клетката различни захари, нуклеотиди и аминокиселини проникват през цитоплазмената мембрана.

Такава селективна пропускливост е физиологично много важна и нейното отсъствие

– първо доказателство за клетъчна смърт. Това може лесно да се илюстрира с примера на цвеклото. Ако жив корен от цвекло се потопи в студена вода, той запазва пигмента си; ако цвеклото се вари, тогава клетките умират, стават лесно пропускливи и губят пигмента, който оцветява водата в червено.

Големите молекули като протеиновите клетки могат да „поглъщат“. Под въздействието на някои протеини, ако те присъстват в течността около клетката, възниква инвагинация в клетъчната мембрана, която след това се затваря, образувайки мехурче - малка вакуола, съдържаща вода и протеинови молекули; след това мембраната около вакуолата се счупва и съдържанието навлиза в клетката. Този процес се нарича пиноцитоза (буквално "пиене на клетки") или ендоцитоза.

По-големи частици, като частици храна, могат да бъдат абсорбирани по подобен начин по време на т.нар. фагоцитоза. По правило вакуолата, образувана по време на фагоцитоза, е по-голяма и храната се усвоява от ензимите на лизозомите вътре във вакуолата, докато мембраната около нея се разкъса. Този тип хранене е характерно за протозоите, например за амебите, които ядат бактерии.

Екзоцитоза (exo - out), благодарение на нея клетката премахва вътреклетъчните продукти или несмлени остатъци, затворени във вакуоли или везикули. Везикулата се приближава до цитоплазмената мембрана, слива се с нея и съдържанието й се освобождава в околната среда. Така се отделят храносмилателни ензими, хормони, хемицелулоза и др.

Структурата на цитоплазмата.

Течният компонент на цитоплазмата се нарича още цитозол. Под светлинен микроскоп изглеждаше, че клетката е пълна с нещо като течна плазма или зол, в която ядрото и другите органели „плуват“. Всъщност не е така. Вътрешното пространство на еукариотната клетка е строго подредено. Движението на органелите се координира с помощта на специализирани транспортни системи, така наречените микротубули, които служат като вътреклетъчни "пътища", и специални протеини, динеини и кинезини, които играят ролята на "двигатели". Отделните протеинови молекули също не дифундират свободно в цялото вътреклетъчно пространство, а се насочват към необходимите компартменти чрез специални сигнали на тяхната повърхност, разпознати от транспортните системи на клетката.

Ендоплазмения ретикулум

В еукариотната клетка има система от мембранни отделения, преминаващи едно в друго (тръби и резервоари),

което се нарича ендоплазмения ретикулум(или ендоплазмения ретикулум, EPR или EPS). Тази част от EPR, към чиито мембрани са прикрепени рибозоми, се нарича гранулирана (или груба) ендоплазма

ретикулум, върху неговите мембрани се осъществява протеинов синтез. Тези отделения, по стените на които няма рибозоми, се класифицират като гладки ER, които участват в синтеза на липиди. Вътрешните пространства на гладката и гранулирана ER не са изолирани, а преминават едно в друго и комуникират с луминалната мембрана. Тубулите също се отварят на повърхността на клетката и по този начин ендоплазменият ретикулум играе ролята на апарат, чрез който външната среда може директно да взаимодейства с цялото съдържание на клетката.

Малки тела, наречени рибозоми, покриват повърхността на грапавия ендоплазмен ретикулум, особено близо до ядрото. Диаметърът на рибозомата е около 15 nm. Всяка рибозома се състои от две частици с различни размери малки и големи.Основната им функция е синтеза на протеини; матрична (информационна) РНК и аминокиселини, свързани с трансферната РНК, са прикрепени към тяхната повърхност. Синтезираните протеини първо се натрупват в каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум и след това се транспортират до органелите и клетъчните места, където се консумират.

апарат на Голджи

Апарат на Голджи (комплекс на Голджи)

представлява купчина плоски мембранни торбички, донякъде разширени по-близо до краищата. В резервоарите на апарата на Голджи узряват някои протеини, синтезирани върху мембраните на гранулирания ER и предназначени за секреция или образуване на лизозоми. Апаратът на Голджи е асиметричен - резервоарите, разположени по-близо до клетъчното ядро ​​(цис-Голджи), съдържат най-малко зрели протеини, мембранни везикули, везикули, пъпки от ендоплазмения ретикулум, непрекъснато се присъединяват към тези резервоари. Очевидно с помощта на същите везикули се осъществява по-нататъшното движение на зреещите протеини от един резервоар в друг. Накрая от противоположния край на органела

(транс-Голджи) везикули, съдържащи напълно зрели протеини, изпъпват.

Лизозоми

Лизозомите (на гръцки "Liseo" - разтваря се, "Soma" - тяло) са малки кръгли тела. Тези мембранни клетъчни органели са с овална форма и диаметър 0,5 µm. Те започват от апарата на Голджи и вероятно от ендоплазмения ретикулум. Лизозомите съдържат различни ензими, които разграждат големи молекули: протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини. Поради разрушителното си действие, тези ензими са сякаш "заключени" в лизозомите и се освобождават само при необходимост. Но ако лизозомата

увредена от всякакви външни въздействия, тогава цялата клетка или част от нея се унищожава.

По време на вътреклетъчното смилане ензимите се освобождават от лизозомите в храносмилателните вакуоли.

По време на гладуване лизозомните клетки усвояват някои органели, без да убиват клетката. Такова частично храносмилане осигурява на клетката необходимия минимум хранителни вещества за известно време.

Притежавайки способността за активно усвояване на хранителни вещества, лизозомите участват в отстраняването на части от клетки, цели клетки и органи, които умират в процеса на жизнена дейност. Например, изчезването на опашката при попова лъжица на жаба се случва под действието на лизозомни ензими.В този случай това е нормално и полезно за тялото, но понякога такова разрушаване на клетките е патологично. Например, когато азбестовият прах се вдишва, той може да навлезе в клетките на белите дробове и след това лизозомите се разкъсват, клетките се разрушават и се развива белодробно заболяване.

Информационният център на клетката, мястото за съхранение и възпроизвеждане на наследствена информация, която определя всички характеристики на дадена клетка и на организма като цяло, е ядрото. Отстраняването на ядрото от клетката, като правило, води до нейната бърза смърт. Формата и размерът на клетъчното ядро ​​е много променлив в зависимост от вида на организма, както и от вида, възрастта и функционалното състояние на клетката. Общ план

Структурата на ядрото е еднаква във всички еукариотни клетки. Клетъчното ядро ​​се състои от ядрена мембрана, ядрена матрица (нуклеоплазма), хроматин и ядро ​​(едно или повече). Съдържанието на ядрото е отделено от цитоплазмата с двойна мембрана или т.нар. ядрена обвивка. Външната мембрана на някои места преминава в каналите на ендоплазмения ретикулум; към него са прикрепени рибозоми.Клетъчното ядро ​​съдържа ДНК молекули, върху които е записана генетичната информация на организма. . Това определя водещата роля на клетъчното ядро ​​в наследствеността. В ядрото се извършва репликация - удвояване на ДНК молекули, както и транскрипция - синтез на РНК молекули върху матрицата на ДНК. Сглобяването на карибозомите също се извършва в ядрото, в специални образувания, наречени нуклеоли. Ядрената обвивка е пронизана с много пори, чийто диаметър е около 90 nm. Поради наличието на пори, които осигуряват селективна пропускливост, ядрената обвивка контролира обмена на вещества между ядрото и цитоплазмата.

фибриларни структури, разположени в цитоплазмата на клетката: микротубули, актин и междинни филаменти. Микротубулите участват в транспорта на органели, влизат в състава на камшичетата, а митотичното вретено е изградено от микротубули. Актиновите нишки са от съществено значение за поддържането

клетъчна форма, псевдоподиални реакции. Ролята на междинните нишки също изглежда е да поддържат структурата на клетката. Протеините на цитоскелета съставляват няколко десетки процента от масата на клетъчния протеин.

Центриоли

Центриолите са цилиндрични протеинови структури, разположени близо до ядрото на животинските клетки (растенията нямат центриоли, с изключение на нисшите водорасли). Центриолът е цилиндър, чиято странична повърхност е оформена от девет комплекта микротубули. Броят на микротубулите в комплект

варират за различните организми от 1 до 3.

Около центриолите е така нареченият център на организация на цитоскелета, областта, в която са групирани минусовите краища на микротубулите на клетката.

Преди да се раздели, клетката съдържа две центриоли, разположени под прав ъгъл една спрямо друга. По време на митозата те се отклоняват към различни краища на клетката, образувайки полюсите на вретеното на делене. След цитокинеза всяка дъщерна клетка получава един центриол, който се удвоява за следващото делене. Удвояването на центриолите става не чрез разделяне, а чрез синтеза на нова структура, перпендикулярна на съществуващата.

Митохондриите

Митохондриите - специални органели на клетката, чиято основна функция е синтезътАТФ - универсален носител на енергия. В митохондриите се извършва окисление на органични вещества, съчетано със синтеза

аденозин трифосфат (АТФ). Разграждането на АТФ с образуването на аденозин дифосфат (ADP) е придружено от освобождаване на енергия, която се изразходва за различни жизнени процеси, като синтеза на протеини и нуклеинови киселини, транспортирането на вещества в и извън клетката, предаването на нервни импулси или мускулна контракция.

Следователно митохондриите са енергийни станции, които преработват „гориво“ – мазнини и въглехидрати – във форма на енергия, която може да се използва от клетката и следователно от тялото като цяло.

Всички живи същества са изградени от клетки - малки, затворени с мембрана кухини, пълни с концентриран воден разтвор на химикали. клетка- елементарна единица от структурата и жизнената дейност на всички живи организми (с изключение на вирусите, които често се наричат ​​неклетъчни форми на живот), имаща собствен метаболизъм, способна на самостоятелно съществуване, самовъзпроизвеждане и развитие. Всички живи организми, както многоклетъчните животни, растенията и гъбите, се състоят от много клетки, или, като много протозои и бактерии, са едноклетъчни организми. Клонът на биологията, който се занимава с изучаването на структурата и активността на клетките, се нарича цитология. Смята се, че всички организми и всички техни съставни клетки са еволюирали от обща пред-ДНК клетка.

Приблизителна история на клетката

Първоначално под въздействието на различни природни фактори (топлина, ултравиолетова радиация, електрически разряди) се появяват първите органични съединения, които служат като материал за изграждане на живи клетки.

Появата на първите репликаторни молекули изглежда е ключов момент в историята на развитието на живота. Репликаторът е вид молекула, която е катализатор за синтеза на собствени копия или шаблони, което е примитивен аналог на възпроизводството в животинското царство. От най-често срещаните молекули в момента ДНК и РНК са репликатори. Например, ДНК молекула, поставена в чаша с необходимите компоненти, спонтанно започва да създава свои собствени копия (макар и много по-бавно, отколкото в клетка под действието на специални ензими).

Появата на репликаторните молекули стартира механизма на химическата (предбиологична) еволюция. Първият обект на еволюция най-вероятно са били примитивни, състоящи се само от няколко нуклеотида, РНК молекули. Този етап се характеризира (макар и в много примитивна форма) с всички основни характеристики на биологичната еволюция: размножаване, мутация, смърт, борба за оцеляване и естествен подбор.

Химическата еволюция беше улеснена от факта, че РНК е универсална молекула. Освен че е репликатор (т.е. носител на наследствена информация), той може да изпълнява функциите на ензими (например ензими, които ускоряват репликацията, или ензими, които разлагат конкуриращи се молекули).

В някакъв момент от еволюцията се появяват РНК ензими, които катализират синтеза на липидни молекули (т.е. мазнини). Липидните молекули имат едно забележително свойство: те са полярни и имат линейна структура, а дебелината на единия край на молекулата е по-голяма от тази на другия. Следователно липидните молекули в суспензия спонтанно се събират в черупки, които са близки по форма до сферични. Така липидосинтезиращите РНК успяха да се обградят с липидна обвивка, което значително подобри устойчивостта на РНК към външни фактори.

Постепенното увеличаване на дължината на РНК доведе до появата на многофункционални РНК, отделни фрагменти от които изпълняваха различни функции.

Първите клетъчни деления са настъпили, очевидно, под въздействието на външни фактори. Синтезът на липиди вътре в клетката доведе до увеличаване на нейния размер и до загуба на сила, така че голяма аморфна обвивка беше разделена на части под въздействието на механични въздействия. Впоследствие се появи ензим, който регулира този процес.

клетъчна структура

Всички клетъчни форми на живот на земята могат да бъдат разделени на две царства въз основа на структурата на съставните им клетки - прокариоти (предядрени) и еукариоти (ядрени). Прокариотните клетки са по-прости по структура, очевидно са възникнали по-рано в процеса на еволюция. Еукариотни клетки - по-сложни, възникнали по-късно. Клетките, които изграждат човешкото тяло, са еукариотни. Въпреки разнообразието от форми, организацията на клетките на всички живи организми е подчинена на единни структурни принципи.

Живото съдържание на клетката - протопластът - е отделено от околната среда чрез плазмената мембрана или плазмалема. Вътре клетката е изпълнена с цитоплазма, която съдържа различни органели и клетъчни включвания, както и генетичен материал под формата на ДНК молекула. Всеки от органелите на клетката изпълнява своя специална функция и всички заедно определят жизнената дейност на клетката като цяло.

прокариотна клетка

прокариоти(от латински pro - преди, до и гръцки κάρῠον - сърцевина, ядка) - организми, които за разлика от еукариотите нямат оформено клетъчно ядро ​​и други вътрешни мембранни органели (с изключение на плоски резервоари при фотосинтезиращи видове, например в цианобактерии). Единствената голяма кръгла (при някои видове - линейна) двуверижна ДНК молекула, която съдържа основната част от генетичния материал на клетката (т.нар. нуклеоид), не образува комплекс с хистонови протеини (т.нар. хроматин). Прокариотите включват бактерии, включително цианобактерии (синьо-зелени водорасли) и археи. Потомците на прокариотните клетки са органелите на еукариотните клетки - митохондрии и пластиди.

Прокариотните клетки имат цитоплазмена мембрана, точно както еукариотните клетки. При бактериите мембраната е двуслойна (липиден двуслоен), при археите мембраната доста често е еднослойна. Археалната мембрана е изградена от вещества, различни от тези, които изграждат бактериалната мембрана. Повърхността на клетките може да бъде покрита с капсула, обвивка или слуз. Те могат да имат камшичета и власинки.

Фиг. 1. Структурата на типична прокариотна клетка

Клетъчното ядро, както при еукариотите, отсъства при прокариотите. ДНК е вътре в клетката, подредена и сгъната и поддържана от протеини. Този ДНК-протеинов комплекс се нарича нуклеоид. При еубактериите протеините, които поддържат ДНК, са различни от хистоните, които образуват нуклеозоми (при еукариотите). И архибактериите имат хистони и в това те са подобни на еукариотите. Енергийните процеси при прокариотите протичат в цитоплазмата и върху специални структури - мезозоми (израстъци на клетъчната мембрана, които са усукани в спирала, за да се увеличи повърхността, върху която се извършва синтеза на АТФ). Вътре в клетката може да има газови мехурчета, резервни вещества под формата на полифосфатни гранули, въглехидратни гранули, мастни капки. Могат да присъстват серни включвания (образувани например в резултат на аноксична фотосинтеза). Фотосинтезиращите бактерии имат нагънати структури, наречени тилакоиди, върху които се извършва фотосинтезата. Така по принцип прокариотите имат същите елементи, но без прегради, без вътрешни мембрани. Тези дялове, които присъстват, са израстъци на клетъчната мембрана.

Формата на прокариотните клетки не е толкова разнообразна. Кръглите клетки се наричат ​​коки. Както археите, така и еубактериите могат да имат тази форма. Стрептококите са коки, подредени във верига. Стафилококите са клъстери от коки, диплококите са коки, обединени в две клетки, тетрадите са четири, а сарцините са осем. Пръчковидните бактерии се наричат ​​бацили. Две пръчици - диплобацили, опънати във верига - стрептобацили. Има също коринеформни бактерии (с разширение в краищата, подобно на бухалка), спирила (дълги извити клетки), вибриони (къси извити клетки) и спирохети (извиват се различно от спирила). Всичко по-горе е илюстрирано по-долу и са дадени два представителя на архебактериите. Въпреки че и археите, и бактериите са прокариотни (безядрени) организми, структурата на техните клетки има някои съществени разлики. Както беше отбелязано по-горе, бактериите имат двуслоен липид (когато хидрофобните краища са потопени в мембраната и заредените глави стърчат от двете страни), докато археите могат да имат монослойна мембрана (има заредени глави от двете страни, а вътре там е една цяла молекула; тази структура може да е по-твърда от двойния слой). По-долу е структурата на клетъчната мембрана на архебактериите.

еукариоти(еукариоти) (от гръцки ευ - добър, напълно и κάρῠον - ядро, ядка) - организми, които за разлика от прокариотите имат добре оформено клетъчно ядро, ограничено от цитоплазмата с ядрена мембрана. Генетичният материал е затворен в няколко линейни двуверижни ДНК молекули (в зависимост от вида на организмите техният брой на ядро ​​може да варира от две до няколкостотин), прикрепени отвътре към мембраната на клетъчното ядро ​​и формиращи се в обширната повечето (с изключение на динофлагелати) комплекс с хистонови протеини, наречен хроматин. Еукариотните клетки имат система от вътрешни мембрани, които образуват, в допълнение към ядрото, редица други органели (ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи и др.). В допълнение, по-голямата част от тях имат постоянни вътреклетъчни симбионти - прокариоти - митохондрии, а водораслите и растенията също имат пластиди.

Животинска клетка

Структурата на животинската клетка се основава на три основни компонента - ядро, цитоплазма и клетъчна стена. Заедно с ядрото цитоплазмата образува протоплазма. Клетъчната мембрана е биологична мембрана (преграда), която отделя клетката от външната среда, служи като обвивка за клетъчните органели и ядрото и образува цитоплазмени отделения. Ако поставите препарата под микроскоп, тогава структурата на животинската клетка може лесно да се види. Клетъчната стена съдържа три слоя. Външният и вътрешният слой са протеини, а междинният слой е липид. В този случай липидният слой се разделя на още два слоя - слой от хидрофобни молекули и слой от хидрофилни молекули, които са подредени в определен ред. На повърхността на клетъчната мембрана има специална структура - гликокаликс, която осигурява селективната способност на мембраната. Черупката пропуска необходимите вещества и забавя тези, които са вредни.

Фиг.2. Структурата на животинската клетка

Структурата на животинската клетка е насочена към осигуряване на защитна функция вече на това ниво. Проникването на вещества през мембраната става с прякото участие на цитоплазмената мембрана. Повърхността на тази мембрана е доста значителна поради завои, израстъци, гънки и вълни. Цитоплазмената мембрана пропуска както най-малките частици, така и по-големите. Структурата на животинската клетка се характеризира с наличието на цитоплазма, състояща се предимно от вода. Цитоплазмата е вместилище за органели и включвания.

В допълнение, цитоплазмата съдържа и цитоскелета - протеинови нишки, които участват в процеса на клетъчно делене, ограничават вътреклетъчното пространство и поддържат клетъчната форма, способността за свиване. Важен компонент на цитоплазмата е хиалоплазмата, която определя вискозитета и еластичността на клетъчната структура. В зависимост от външни и вътрешни фактори хиалоплазмата може да промени своя вискозитет - да стане течна или гелообразна. Изучавайки структурата на животинска клетка, човек не може да не обърне внимание на клетъчния апарат - органелите, които са в клетката. Всички органели имат своя специфична структура, която се определя от изпълняваните функции.

Ядрото е централната клетъчна единица, която съдържа наследствена информация и участва в метаболизма в самата клетка. Клетъчните органели включват ендоплазмения ретикулум, клетъчния център, митохондриите, рибозомите, комплекса на Голджи, пластидите, лизозомите и вакуолите. Във всяка клетка има подобни органели, но в зависимост от функцията структурата на животинската клетка може да се различава в присъствието на специфични структури.

Функции на клетъчните органели: - митохондриите окисляват органичните съединения и акумулират химическа енергия; - ендоплазменият ретикулум, поради наличието на специални ензими, синтезира мазнини и въглехидрати, неговите канали допринасят за транспортирането на вещества в клетката; - рибозомите синтезират протеин; - комплексът на Голджи концентрира протеина, уплътнява синтезираните мазнини, полизахариди, образува лизозоми и подготвя вещества за тяхното отстраняване от клетката или директно използване вътре в нея; - лизозомите разграждат въглехидрати, протеини, нуклеинови киселини и мазнини, всъщност усвояват хранителните вещества, влизащи в клетката; - клетъчният център участва в процеса на клетъчно делене; - вакуолите, поради съдържанието на клетъчен сок, поддържат клетъчния тургор (вътрешно налягане).

Структурата на живата клетка е изключително сложна - на клетъчно ниво протичат множество биохимични процеси, които заедно осигуряват жизнената дейност на организма.