Цитология
- Основные положения клеточной теории. Клетка – структурная и функциональная единица живого стр. 1
- Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки стр. 3
- Органические вещества клетки: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты) и их роль в клетке. стр.5
- Ферменты, их роль в процессе жизнедеятельности стр.7
- Особенности строения клеток прокариот и эукариот стр. 9
- Основные структурные компоненты клетки стр. 11
- Поверхностный аппарат клетки стр. 12
- Транспорт молекул через мембраны стр. 14
- Рецепторная функция и ее механизм стр. 18
- Структура и функции клеточных контактов стр. 19
- Локомоторная и индивидуализирующая функции ПАК стр. 20
- Органеллы общего значения. Эндоплазматическая сеть стр. 21
- Комплекс Гольджи стр. 23
- Лизосомы стр. 24
- Пероксисомы стр. 26
- Митохондрии стр. 26
- Рибосомы стр.27
- Пластиды стр.28
- Клеточный центр стр. 28
- Органеллы специального значения стр. 29
- Ядро клетки. Строение и функции стр. 29
- Обмен веществ и превращение энергии в клетке стр. 32
- Хемосинтез стр. 36
1. Основные положения клеточной теории. Клетка – структурная и функциональная единица живого.
Цитология - наука о клетки. Цитология изучает строение и химический состав клетки, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных, растений, размножение и развитие клеток. Из 5 царств органического мира, только царство Вирусы, представленные формами живого, не имеют клеточного строения. Остальные 4 царства имеют клеточное строение: царство Бактерии объединяют прокариотов – доядерные формы. Ядерные формы – эукариоты, к ним относятся царства Грибы, Растения, Животные.
Основные положения клеточной теории:
Клетка – функциональная и структурная единица живого.
Клетка – элементарная система – основа строения и жизнедеятельности организма.
Открытие клетки связано с открытием микроскопа:
1665г. – Гук изобрел микроскоп и на срезе пробки он увидел ячейки, которые он назвал клетками.
1674г. – А. Левингук впервые обнаружил в воде одноклеточные организмы.
Начало 19в. – Я. Пуркинье назвал протоплазмой вещество, заполняющее клетку.
1831г. – Броун обнаружил ядро.
1838-1839гг. – Шванн сформулировал основные положения клеточной теории.
Основные положения клеточной теории:
1. Клетка – главная структурная единица всех организмов.
2. Процесс образования клеток обуславливается ростом, развитием и дифференцировкой растительных и животных клеток.
1858г. – вышел труд Вирхова “Целлюлярная патология”, в которой он связал патологические изменения в организме с изменениями в строении клеток, положив основу патологии – началу теоретической и практической медицины.
Конец 19в. – Бэр открыл яйцеклетку, показав, что все живые организмы берут начало из одной клетки (зиготы). Было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды, изучен митоз.
Начало 20в. – стало ясным значение клеточных структур и передачи наследственных свойств.
Современная клеточная теория включает следующие положения:
1. Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.
2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ.
3. Размножение клеток происходит путем из деления, и каждая новая клетка образуется путем деления исходной (материнской) клетки.
4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированны по выполняемым функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
Клетка – является открытой системой для всех живых организмов, для которой характерны потоки вещества, энергии и информации, связанные с обменом веществ (ассимиляцией и диссимиляцией).
Самообновление осуществляется в результате обмена веществ.
Саморегуляция осуществляется на уровне обменных процессов по принципу обратной связи.
Самовоспроизведение клетки обеспечивается при ее размножении на основе потока вещества, энергии и информации.
Клетка и клеточное строение обеспечивает:
1. Благодаря большой поверхности – благоприятные условия для обмена веществ.
2. Наилучшее хранение и передача наследственной информации.
3. Способность организмов хранить и передавать энергию и превращать ее в работу.
4. Постепенная замена всего организма (многоклеточного) отмирающих частей без замены всего организма.
5. В многоклеточном организме специализация клеток обеспечивает широкую приспосабливаемость организма и его эволюционные возможности.
Клетки имеют структурное сходство, т.е. сходство на разных уровнях: атомарном, молекулярном, надмолекулярном и т.д.
Клетки имеют функциональное сходство, единство химических процессов метаболизма.
Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки.
Химическая организация клетки:
80% - вода.
1-2% - липиды
1-2% - неорганические вещества.
1-2% - нуклеиновые кислоты.
1-1,5% - низкомолекулярные вещества.
1-2% - углеводы.
10-12% - белки.
Химический состав неорганических веществ клетки:
| Кислород – 65-75 % | Магний – 0,02-0,03% | Цинк – 0,0003% |
| Углерод – 15-18% | Натрий – 0,02-0,03% | Медь – 0,0002% |
| Водород – 8-10% | Кальций – 0,04-2,00% | Йод – 0,0001% |
| Азот – 1,5-3.0% | Железо – 0,01-0,015% | Фтор – 0,0001% |
| Сера – 0,15-0,20% | ||
| Калий – 0,15-0,40% | ||
| Фосфор – 0,20-1,00% | ||
| Хлор – 0,05-0,10% |
Вода – обязательный компонент клетки. В ней растворены многие вещества, в т.ч. органические (гидрофильные – углеводы и гидрофобные – белки). Вода необходима для работы ферментов.
Функции воды:
1. Служит для протекания реакций.
2. Участвует в химических реакциях
3. Регулирует обмен веществ
4. Участвует в терморегуляции
5. Смачивание поступающей пищи.
Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры.
Осмос – проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Давление воды, с которой она давит на мембрану – осмотическое давление. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление называются изотоническими.
Растворы:
1. Гипертонические – вызывают сморщивание клеток
2. Гипотонические – вызывают разрыв клеток
Тургор – давление, с которым вода давит изнутри на оболочку.
Соли:
К неорганическим веществам кроме воды относятся и соли. Они находятся в диссоциироранном состоянии: Na+ , K+, Ca2+, Mg2+ - катионы и HPO42-, H2PO4-, HCO3- - анионы. От концентрации солей зависит осмотическое давление и ее буферные свойства, т.е. поддерживать реакцию на слабощелочном или нейтральном уровне РН.
РН – отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.
РН = 7 – среда нейтральная.
РН = (7;14) – щелочная среда.
РН = (1;7) – кислая среда.
В некоторых клетках находятся нерастворимые минеральные соли (костные клетки) за счет присутствия Ca3PO4, CaCO3.
3. Органические вещества клетки: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты) и их роль в клетке.
Липиды - сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Они входят в состав многих клеточных структур. Витамины А, D, E, К – являются жирорастворимыми.
Функции жиров:
1. Энергетическая – 1г. жира – 9,2 ккал.
2. Строительная – входит в состав всех мембран.
3. Некоторые липиды являются предшественниками гормонов – регулируют обмен веществ.
4. Защитная.
5. Терморегуляторная.
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
АТФ обеспечивает клетку энергией. Любое проявление жизнедеятельности нуждается в затрате энергии. Энергетический обмен связан с пластическим. Все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. Для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, т.к. продолжительность жизни ферментов невелика. Через пластический и энергетический обмен осуществляется связь клетки с внешней средой. Живая клетка представляет собой открытую систему, т.к. между клеткой и внешней средой постоянно происходит обмен веществ и энергией.
Клетка – высокоорганизованная структура, в которой экономно расходуется материалы и энергия и процессы идут с высоким КПД. КПД митохондрий - 45-60%, хлоропластов – 25%.
Использование энергии АТФ:
1. Ассимиляция.
2. Транспорт веществ.
3. Деление клетки и ее органоидов.
4. На процессы жизнедеятельности.
Углеводы - органические вещества с общей формулой (CH2O)n. В живой клетке - 1-2%, в печени и мышцах – до 5%. В растительной клетке до 90% (картофель, семена).
Углеводы:
1. Простые – моносахариды – определяются по числу атомов углерода: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Наиболее важны: пентозы C5H10O5 и гексозы C6H12O6. Из петоз выделяют рибозы и дезоксирибозы (рибозы входят в состав РНК, АТФ; дезоксирибозы - ДНК). Из гексоз выделяют глюкозу, фруктозу, галактозу.
2. Сложные – дисахариды, полисахариды.
Дисахариды – сахароза (глюкоза + фруктоза), лактоза (глюкоза + галактоза).
Подисахариды – состоят из множества молекул моносахаридов: целлюлоза (полимер из 150-200 молекул глюкозы), крахмал.
Функции углеводов:
1. Энергетическая – окисление в митохондриях мышц.
2. Строительная – целлюлоза в клеточной стенки растений, хитин в скелете членистоногих.
Белки - входят в состав всех организмов. По химической природе – белки – полимеры, мономеры которых – аминокислоты. Аминокислота – органическая кислота.
Состав аминокислоты:
1. Аминогруппа – NH2
2. Карбоксильная группа – СООН
Аминогруппа в цепи белка соединена пептидной связью (CO-NH), образована карбоксильной группой и группой другой аминокислоты.
Живыми организмами используется только 20 аминокислот, хотя существует их значительно больше: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин, лизин, аргинин, цистеин, метионин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, пролин.
Различают 4структуры белка:
Первичная структура -аминокислотная цепь, связанная между собой пептидными связями.
Вторичная структура - белковая нить закручена в спираль и соединение участков цепи происходит за счет водородных связей (Н-Н).
Третичная структура – сворачивание вторичной структуры в клубок. Эта структура специфическая для каждой молекулы белка. Сворачивание происходит за счет дисульфидных мостиков (-S-S-), и сульфгидрильных мостиков (-S-H-).
Четвертичная структура – имеется не у всех белков – объединение нескольких структур (субъединиц). Например: гемоглобин.
По своему составу белки бывают:
1. Простые – состоят только из аминокислот
2. Сложные – содержат нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды), жиры (липопротеиды), углеводы (гликопротеиды), металлы (металлопротеиды).
Функции белков:
1. Строительная (мембраны, ядро).
2. Транспортная (перенос О2 гемоглобином).
3. Ферментативная (ускорение биохимических реакций).
4. Двигательная (сократительная).
5. Защитная (гаммаглобулины).
6. Энергетическая (1г. – 4,2 ккал).
7. Сигнальная.
Нарушение природной структуры белка называется денатурацией. Денатурация бывает обратимой и необратимой. Ренатурация – восстановление структуры белка после прекращения воздействия.
Ферменты, их роль в процессе жизнедеятельности.
По химической природе ферменты – белки. Ферменты – биологические катализаторы. Они способствуют ускорению реакций, входят в состав тканей.
Ферменты специфически катализируют химические реакции, т.е. 1 фермент катализирует 1 тип реакций. И превращает лишь в соответствующий субстрат. Ферменты в основном катализируют превращение веществ, размеры которых по сравнению с размерами фермента очень малы.
Ферменты бывают:
1. Простые
2. Сложные
Простые – состоят только из белка, молекулы которых имеют активный центр – определенную, специфическую для фермента группу аминокислот в молекуле. В основном это гидролитические ферменты: амилаза, пепсин, трипсин и др.
Сложные – состоят из белковой и небелковой части. Белок называется апоферментом (носителем фермента). Небелковая часть – коферментом или простатической группой: пример – органические вещества: витамины, НАД, НАДФ; неорганические вещества: атомы металлов – железо, цинк, магний. Апофетмент отвечает за специфичность молекулы фермента с молекулой субстрата. Кофермент отвечает за тип катализируемой реакции.
Механизм действия ферментов:
Снижение энергии активации, т.е. снижение уровня энергии, необходимой для придания реакционной способности молекулы субстрата т.к. молекула фермента имеет большую величину, то возникает сильное электрическое поле, в которой молекула субстрата становится асимметричной, в результате чего химические связи в ней ослабевают.
Фермент образует с субстратом фермент-субстратный комплекс. Присоединение субстрата происходит с помощью активного центра. По завершению реакции комплекс распадается на фермент и продукт реакции. Ферменты образуют в клетке ферментные системы (мультиферментативные комплексы). При этом продукт предыдущей реакции является субстратом для последующей.
Активность ферментов в клетках контролируется на генетическом уровне по принципу обратной связи.
Свойства ферментов:
1. Специфичны
2. В отличие от химических катализаторов – ускоряют реакции в обычных условиях.
3. Активность ферментов меняется в зависимости от Т0, РН, концентрации субстрата.
4. Активируют в малых количествах, т.е. не разрушаются в процессе реакций
5. Ферменты – белки и имеют свойства белков.
Классификация ферментов:
В 1961 году Международный биохимический съезд утвердил классификацию ферментов, в основу которого положен тип реакции, катализируемый данным ферментом. По этому принципу все ферменты разделены на 6 классов:
1. Оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
2. Трансферазы – катализирующие перенос атомов или радикалов: пример – каталаза – 2Н2О2 = 2Н2О + О2
3. Гидролазы - ферменты разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды: например – фосфатаза.
4. Лиазы – Ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу негидролитическим путем, например, отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой.
5. Изомеразы – ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой: глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат.
6. Синтеазы – ферменты, катализирующие реакции синтеза, синтез пептидов из аминокислот, т.е. катализируют реакции соединения молекул с образование новых связей.
