Все о клетке
и транспортировки белков.
Микротрубочки и микрофиламенты – нитевидные структуры, состоящие из
различных сократительных белков и обуславливающие двигательные функции
клетки. Микротрубочки имеют вид полых цилиндров, стенки которых состоят из
белков – тубулинов. Микрофиламенты представляют собой очень тонкие,
длинные, нитевидные структуры, состоящие из актина и миозина.
Микротрубочки и микрофиламенты пронизывают всю цитоплазму клетки,
формируя её цитоскелет, обуславливают циклоз, внутриклеточные перемещения
органелл, расхождение хромосом при делении ядерного материала и т.д.
Клеточный центр (центросома) (см. рис. 3). В клетках животных
вблизи ядра находится органоид, который называют клеточным центром.
Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца -
центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая
центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную
роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления.
В процессе эволюций разные клетки приспосабливались к обитанию в
различных условиях и выполнению специфических функции. Это требовало
наличия в них особых органоидах, которые называют специализированными в
отличие от рассмотренных выше органоидов общего назначения. К их числу
относят сократительные вакуоли простейших, миофибриллы мышечного волокна,
нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, микроворсинки
эпителиальных клеток, реснички и жгутики некоторых простейших.
Клеточное ядро.
Ядро – наиболее важный компонент эукариотических клеток.
Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (у
ряда простейших, в скелетных мышцах позвоночных). Некоторые высоко
специализированные клетки утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих,
например).
Ядро, как правило, имеет шаровидную или овальную форму, реже может
быть сегментированным или веретеновидном. В состав ядра входят ядерная
оболочка и кариоплазма, содержащая хроматин (хромосомы) и ядрышки.
Ядерная оболочка образована двумя мембранами (наружной и
внутренней) и содержит многочисленные поры, через которые между ядром и
цитоплазмой происходит обмен различными веществами.
Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобразный
раствор, в котором находятся разнообразные белки, нуклеотиды, ионы, а также
хромосомы и ядрышко.
Ядрышко – небольшое округлое тельце, интенсивно окрашивающееся и
обнаруживающееся в ядрах неделящихся клеток. Функция ядрышка – синтез рРНК
и соединение их с белками, т.е. сборка субчастиц рибосом.
Хроматин – специфически окрашивающиеся некоторыми красителями
глыбки, гранулы и нитчатые структуры, образованные молекулами ДНК в
комплексе с белками. Различные участки молекул ДНК в составе хроматина
обладает разной степенью спирализации, а потому различаются интенсивностью
окраски и характером генетической активности. Хроматин представляет собой
форму существования генетического материала в неделящихся клетках и
обеспечивает возможность удвоение и реализации заключенной в нем
информации. В процессе деления клеток происходит спирализация ДНК и
хроматиновые структуры образуют хромосомы.
Хромосомы – плотные, интенсивно окрашивающиеся структуры, которые
являются единицами морфологической организации генетического материала и
обеспечивают его точное распределение при делении клетки.
Число хромосом в клетках каждого биологического вида постоянно.
Обычно в ядрах клеток тела (соматических) хромосомы представлены парами, в
половых клетках они не парны. Одинарный набор хромосом в половых клетках
называют гаплоидным (n), набор хромосом в соматических клетках диплоидным
(2n). Хромосомы разных организмов различаются размерами и формой.
Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов,
характеризующийся числом, величиной и формой хромосом, называют кариотипом.
В хромосомном наборе соматических клеток парные хромосомы называют
гомологичными, хромосомы из разных пар - негомологичными. Гомологичные
хромосомы одинаковы по размерам, форме, составу (одна унаследована от
материнского, другая – от отцовского организма). Хромосомы в составе
кариотипа делят также на аутосомы, или неполовые хромосомы, одинаковые у
особей мужского и женского, и гетерохромосомы, или половые хромосомы,
участвующие в определении пола и различающиеся у самцов и самок. Кариотип
человека представлен 46 хромосомами (23 пары): 44 аутосомы и 2 половые
хромосомы ( у женского пола две одинаковые X-хромосомы, у мужского – X- и Y-
хромосомы).
Ядро осуществляет хранение и реализацию генетической информации,
управление процессом биосинтеза белка, а через белки – всеми другими
процессами жизнедеятельности. Ядро участвует в репликации и распределении
наследственной информации между дочерними клетками, а следовательно, и в
регуляции клеточного деления и процессов развития организма.
Обмен веществ и превращение энергии в клетке.
Все живые организмы на Земле представляют собой открытые системы,
способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне.
Энергия необходима для осуществления жизненно важных процессов, но прежде
всего для химического синтеза веществ, используемых для построения и
восстановления структур клетки и организма. Живые существа способны
использовать только два вида энергии: световую (энергию солнечного
излучения) и химическую (энергию связей химических соединении) – по этому
признаку организмы делятся на две группы – фототрофы и хемотрофы.
Главным источником структурных молекул является углерод. В зависимости
от источников углерода живые организмы делят на две группы: автотрофы,
использующие не органический источник углерода (диоксид углерода), и
гетеротрофы, использующие органические источники углерода.
Процесс потребления энергии и вещества называется питанием. Известны
два способа питания: голозойный – посредством захвата частиц пищи внутрь
тела и голофитный – без захвата, посредством всасывания растворенных
пищевых веществ через поверхностные структуры организма. Пищевые вещества,
попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма.
Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и
сбалансированных процессов, включающих разнообразные химические превращения
в организме. Реакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии,
составляют основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции).
Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии,
составляют основу катаболизма (энергического обмена или диссимиляции).
1. Значение АТФ в обмене веществ.
Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу
используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений,
как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе
АТФ относится к мононуклеотидам и состоит из азотистого основания аденина,
углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для
совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются
на биологические синтезы. АТФ является универсальным источником
энергообеспечения клетки. Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется
благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью
при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у
человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты).
2. Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ.
Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе
фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия
для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена.
Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность
реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением
энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два
или три этапа.
У большинства живых организмов – аэробов, живущих в кислородной среде,
- в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный,
бескислородный, кислородный. У анаэробов, обитающих в среде лишенной
кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в
два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще
богатых энергией.
Первый этап – подготовительный – заключается в ферментативном
расщеплении сложных органических соединении на более простые (белков на
аминокислоты; полисахаридов на моносахариды; нуклеиновых кислот на
нуклеотиды). Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит
под действием гидролитических ферментов лизосом. Высвобождающаяся при этом
энергия рассеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические
молекулы могут подвергнутся дальнейшему расщеплению и использоваться
клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических
соединений.
Второй этап – неполное окисление – осуществляется непосредственно в
