Главная страница
qrcode

биолог. УМО. Социального развития российской федерации астраханская государственная


Скачать 10.36 Mb.
НазваниеСоциального развития российской федерации астраханская государственная
Дата15.10.2020
Размер10.36 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файлабиолог. УМО.docx
ТипУчебное пособие
#43478
страница5 из 11
Каталог
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

5.3 Цитоплазма


Цитоплазма клетки состоит из цитоплазматического матрикса или гиалоплазмы, органелл и включений. Цитоплазматический матрикс это основное вещество цитоплазмы, заполняющее пространство между цитолеммой, ядерной оболочкой и органеллами. Оно образовано множеством растворенных в воде органических и неорганических веществ, включая ферменты. В матриксе находятся промежуточные и конечные продукты биохимических циклов, происходящих в клетке, а так же происходит гликолиз, которому принадлежит важная роль в образовании энергии.

-
это специализированные, постоянные, предназначенные для выполнения конкретной функции структуры цитоплазмы. Выделяют органеллы общего и специального значения.

Органеллы общего значения присутствуют во всех эукариотических клетках. Органеллы специального значения присутствуют в большом количестве в специализированных клетках.

Так, микроворсинки имеются в эпителиальных клетках тонкого кишечника, реснички – в эпителии трахеи и бронхов, миофибриллы – в мышечных клетках. В связи с особенностями строения, органеллы подразделяются на мембранные (одно и двух мембранные) и не мембранные.

5.3.1 Одномембранные органеллы


Эндоплазматическая (цитоплазматическая) сеть представлена системой мембранных полостей разных размеров, пронизывающих всю цитоплазму. Толщина элементов этой сети равна 5-6 нм.

Эндоплазматическая сеть соединяется с клеточной и ядерной мембранами, а так же с комплексом Гольджи. Различают гладкую (не содержащую рибосом) и шероховатую эндоплазматическую сеть, на поверхности которой располагаются рибосомы.

Гладкая ЭПС принимает участие в синтезе углеводов и жиров. Шероховатая синтезирует с помощью рибосом белки.

Оба вида ЭПС осуществляют транспорт веществ по цитоплазме, а так же разделяют клетку на отдельные отсеки – компартменты, в которых могут происходить различные, а часто и взаимопротивоположные процессы.

Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс) расположен около ядра клетки и образован стопкой из 3-10 уплощенных и слегка изогнутых цистерн с расширенными концами, называемых диктиосомами. Таких диктиосом в комплексе Гольджи насчитывается до нескольких тысяч, и они являются его структурной единицей. В пластинчатом комплексе происходит конденсирование, обезвоживание и окончательное формирование веществ секретируемых клеткой. Кроме этого, комплекс Гольджи принимает участие в образовании вакуолей и первичных лизосом.

Схема. Строение эндоплазматической сети.






Электронограмма. Комплекс Гольджи
Лизосомы представляют собой пузырьки диаметром до 2 мкм. Они имеют оболочку из мембраны и содержат набор литических (растворяющих) ферментов, участвующих в расщеплении белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Различают несколько видов лизосом:

Первичные – неактивные органеллы, образующиеся в комплексе Гольджи и не приступившие к процессу расщепления органических веществ.

Вторичные лизосомы, образуются из первичных, и в них происходит процесс переваривания веществ поступивших в клетку из внешней среды или разрушаются собственные структуры клетки, выполнившие свою функцию.

Остаточные тельца это вторичные лизосомы, завершившие процесс переваривания и исчерпавшие запас литических ферментов.




Электронограмма. Лизосомы
Микротельца это ограниченный одной мембраной пузырьки диаметром 0,1-1,5 мкм, представляющие собой сборную группу органелл. Микротельца, в отличие от лизосом, содержат ферменты для расщепления перикисей. Эти органеллы участвуют в жировом, углеводном и белковом обмене, а так же выполняют антимикробную функцию. Большое количество микротелец содержится в клетках печени и почек.

Вакуоли – одномембранные органеллы, имеющие разнообразные размеры. Они, в основном, встречаются в растительных клетках. Мембрана вакуолей называется тонопластом и обладает избирательной проницаемостью, в связи, с чем концентрация веществ в цитоплазме и вакуолях различна. Вакуоли поддерживают тургор клетки, накапливают глюкозу и продукты обмена.

5.3.2 Двухмембранные органеллы



Между кристами располагается митохондриальный матрикс. В нем находится собственный генетический и белковосинтезирующий аппарат митохондрий, представленный 2-6 копиями кольцевой, лишенной гистонов ДНК, а так же рибосомами, транспортными РНК и ферментами осуществляющими транскрипцию и трансляцию.

Благодаря наличию окислительных ферментов расположенных на кристах, митохондрии осуществляют синтез АТФ, в которой запасается большое количество энергии, а так же участвуют в процессах внутриклеточного дыхания.


Схема. Строение митохондрии.

Хромопласты – содержат пигменты, придающие растению цвет. Примером могут служить каратиноиды, придающие оранжевый цвет моркови.

Лейкопласты – бесцветные пластиды, не имеющие четко выраженных тилакоидов. Этот вид пластид служит для запасания органических веществ, кроме того, из них могут образовываться пластиды других видов, например, хлоропласты.

Хлоропласты – содержат пигмент хлорофилл и участвуют в процессе фотосинтеза.



Фотография. Хлоропласты в растительных клетках

5.3.3 Немембранные органеллы



Полирибосомы, как и отдельные рибосомы, могут находиться свободно в цитоплазме или могут быть прикрепленными к мембране эндоплазматической сети. Первые осуществляют синтез белков для нужд самой клетки, а вторые для последующего выведения из клетки.

Электоронограмма. Деталь центриоли нервной клетки. Поперечное сечение.



Фотография. Цитоскелет клетки. Микрофиламенты окрашены в синий, микротрубочки – в зеленый, промежуточные волокна – в красный цвет




Электронограмма. Ресничка и базальное тельце.
5.3.4.Включения


Трофические (трофика – питание) – вещества включаемые клеткой и используемые для дальнейшего питания. Примером могут служить скопление гранул животного крахмала - гликогена в клетках печени, капельки жира в клетках жировой ткани.

Специальные – вещества включаемые клеткой для выполнения специальных функций- например гемоглобин эритроцитов осуществляет траспорт газов.

Секреторные – вещества образуемые клетками желез для дальнейшего выведения во внутреннюю или внешнюю среду. Например, зимогеновые гранулы (скопление ферментов) в клетках поджелудочной железы.

Экскреторные включения – вещества выделяемые клеткой из крови или тканевой жидкости для последующего выведения из организма. Например, клетки почечного эпителия выделяют из крови щавелевокислый кальций для последующего выведения с мочой.

Неспецифические включения – вещества для клетки не характерные, попавшие в нее случайно. Например, частички угольной пыли в клетках дыхательных путей.

6. Химический состав клетки

6.1 Неорганические вещества клетки


Из 110 элементов Периодической системы Менделеева в состав организмов входит более половины, причем 24 из них являются обязательными и обнаруживаются во всех типах клеток. По процентному содержанию в клетке химические элементы делятся на три группы:

1. Макроэлементы в сумме составляют 98 % всех элементов клетки. К ним относятся водород, кислород, углерод, азот.

2. К микроэлементам принадлежит восемь элементов (магний, натрий, кальций, железо, калий, сера, фосфор, хлор), их содержание исчисляется десятыми и сотыми долями процента.

3. К ультрамикроэлементам относят цинк, медь, йод, фтор, марганец, кобальт, кремний, содержащиеся в клетке в тысячных долях процента.

Несмотря на низкое содержание в живых организмах, микро- и ультрамикроэлементы играют чрезвычайно важную роль: они входят в состав различных ферментов, гормонов, витаминов и обусловливают тем самым нормальное развитие и функционирование структур клетки и организма в целом. Например: железо является компонентом гемоглобина, йод входит в состав тироксина ― гормона щитовидной железы, кобальт – входит в состав витамина В
Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов или компонентов молекул неорганических и органических веществ. Относительно простые химические соединения, которые встречаются как в живой, так и в неживой природе (в минералах, природных водах), называют неорганическими (или минеральными) веществами. Многообразие соединений углерода, синтезируемых преимущественно живыми организмами, называют органическими веществами.

Роль воды в жизнедеятельности клетки. Вода ― одно из самых распространенных веществ на Земле и преобладающий компонент всех живых организмов. Среднее содержание воды в клетках большинства организмов составляет около 70 %. Количество воды в различных органах и тканях варьируется и зависит от уровня их обменных процессов. У человека содержание воды в клетках костной ткани составляет 20 %, а в клетках головного мозга ― до 85 %.
В эмбриональных клетках воды значительно больше, чем в клетках взрослого организма.

Вода находится в клетке как в свободном, так и в связанном состоянии, образуя комплексы с органическими соединениями. Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительно важное значение для живых организмов. Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул. Молекула воды является диполем. Атом кислорода в ней ковалентно связан с двумя атомами водорода. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, т. к. кислород электроотрицательнее водорода. Молекулы воды способны образовывать между собой водородные связи. По прочности водородная связь примерно в 20 раз слабее ковалентной, поэтому она легко разрывается, например при испарении воды. Из-за высокой полярности молекул вода является лучшим из известных растворителей. Вещества, хорошо растворимые в воде, называют гидрофильными (спирты, сахара, альбумины, гистоны). Вещества, плохо или вовсе не растворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, глобулины, фибриллярные белки).

Схема. Строение молекулы воды
Высокая теплоемкость воды, т. е. способность поглощать теплоту при минимальном изменении собственной температуры, делает ее идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма. Поскольку на испарение воды расходуется много теплоты, то, испаряя воду, организмы могут защищать себя от перегрева. Вода обладает высокой теплопроводностью, обеспечивая возможность равномерного распределения теплоты между тканями организма. Вода является дисперсной средой, играющей важную роль в коллоидной системе цитоплазмы, определяет структуру и функциональную активность многих макромолекул, служит основной средой для протекания химических реакций и непосредственным участником реакций синтеза и расщепления органических веществ, обеспечивает транспортировку веществ в клетке и организме (диффузия, кровообращение, восходящий и нисходящий ток растворов по телу растения и др.). Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление и определяя объем и упругость клеток и тканей.

оль воды
в клетке чрезвычайно важна:
Все внутриклеточные химические реакции протекают только в растворах.
  • Вода растворяет различные химические соединения, и в связи с этим вещества способные растворяться в воде называются гидрофильными, а не способные – гидрофобные.
  • Вода принимает участие в процессах выведения из клетки продуктов обмена.
  • Вследствие большой теплоемкости вода поглощает избыток тепла, образующийся в клетке в процессе диссимиляции.
  • Поддерживает тургор клетки.


    Схема. Содержание химических элементов в организме человека


    6.1.2 Значение химических элементов


    Макроэлементы входят в состав белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Без них невозможна нормальная жизнедеятельность организма, рост и развитие. Сера – входит в состав ряда белков, например, кератина. Фосфор – необходим для синтеза нуклеиновых кислот, АТФ, белков. Входит в состав фосфолипидов клеточных мембран, зубной эмали. Калий и натрий участвуют в активном переносе веществ через клеточную мембрану (К+ – Na+насос), в проведении нервных импульсов по нервному волокну, в мышечном сокращении. Магний – входит в состав костей и зубов, является кофактором (активизатором) многих ферментов. Кальций – входит в состав костей и зубов, активизирует фермент АТФазу, необходимую для процессов мышечного сокращения, участвует в свертывании крови. Хлор – компонент соляной кислоты желудочного сока, участвует в транспорте углекислого газа эритроцитами. Железо – входит в состав гемоглобина и миоглобина, осуществляет перенос электронов при внутриклеточном дыхании, входя в состав особой группы ферментов – цитохромоксидаз. Так же, участвует в расщеплении перекисей, входя в состав ферментов каталаз и пероксидаз. Кобальт – входит в состав витамина ВЙод – входит в состав гормонов щитовидной железы. Фтор является компонентом зубной эмали.

    Неорганические вещества в большей части находятся в клетке в виде солей. Наиболее важны катионы – К+,Na+,Ca2+. Из анионов НРО2-, Носмотические свойства клетки, а соотношение анионов и катионов – буферность (рН) клетки.

    Буферность клетки проявляется в её способности поддерживать реакцию на относительно постоянном уровне – слабощелочной или близкой к нейтральной. Концентрация солей в клетке составляет около 0,9%. Поэтому, раствор солей, применяемый в медицинской практике с концентрацией 0,9%, называется изотоническим или физиологическим раствором, раствор с концентрацией солей более 0,9% – гипертоническим, а менее 0,9% – гипотоническим. Неорганические вещества содержатся в клетке не только в виде растворов, но и в твердом состоянии, обеспечивая твердость костей и зубной эмали или, например, образуя раковины моллюсков.

    6.2 Органические вещества клетки


    Органические вещества являются важными компонентами живых организмов и обеспечивают их характерные свойства – способность к обмену веществ и энергии, самовоспроизведению, раздражимости, росту и развитию, а так же многое другое. Органические вещества могут непосредственно осуществлять эти процессы или только регулировать их.
    6.2.1 Белки

    Белки – сложные органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода и азота. В ряде белков встречается еще и сера. Белки – это биополимеры с большой молекулярной массой и большим размером молекул. Мономером белка являются аминокислоты. Известно более 170 различных аминокислот, но в составе белков обнаруживаются только 26. Эти аминокислоты называются протеиногенными (протеин – белок). Из 26 аминокислот наиболее часто в состав белков входит 20, из которых 9 аминокислот являются незаменимыми, т. е. не способными синтезироваться в организме человека и должны поступать из внешней среды. Остальные аминокислоты заменимые и способны синтезироваться в организме.

    Белки, состоящие только из аминокислот, называются простыми. В состав сложных белков помимо аминокислот входят и другие вещества. Примером сложных белков являются фосфопротеины (содержащие фосфор), гликопротеины (содержащие углеводы), липопротеины (содержащие жиры), хромопротеины (содержащие пигменты). Аминокислоты это низкомолекулярные соединения. Общая формула всех аминокислот СН-СООН-NНкарбоксильная и придает аминокислоте кислую реакцию. Группа NНаминогруппой и придает основную реакцию.

    Наличие одновременно основной и кислой группы обеспечивает свойство амфотерности, благодаря чему аминокислоты выполняют в клетке роль буферных соединений. Существуют так же кислые аминокислоты, имеющие две и более карбоксильных групп и основные – в состав которых входит две и более аминогрупп. В состав одной молекулы белка может входить несколько тысяч аминокислот. Специфичность белков зависит не только от того, какие аминокислоты их образуют, а так же от числа и порядка расположения аминокислот в белковой молекуле. Кроме того, свойства белка определяются его пространственной структурой.

    :
    Первичная – цепочка из аминокислот, соединенных при помощи пептидных или ковалентных связей. Такая связь возникает за счет взаимодействия группы СООН одной аминокислоты и группы NН
  • Вторичная структура представляет собой спираль, образованную за счет водородных связей, возникающих между атомами водорода группы NН одной аминокислоты и атомами кислорода группы СО другой аминокислоты, расположенными на соседних витках.
  • Третичная структура называется так же глобулярной (глобула – шар), возникает за счет ковалентных связей, образующихся между атомами серы, входящих в состав аминокислот. Кроме того, третичная структура формируется за счет гидрофобных взаимодействий возникающих потому, что в глобуле белковая молекула свернута так, что гидрофобные участки «спрятаны» внутрь, а гидрофильные расположены снаружи. Именно в своей третичной структуре белок проявляет наибольшую биологическую активность и поэтому замена даже одной аминокислоты приводит к изменению структуры белка, а, следовательно, к снижению или даже к утрате биологической активности.
  • Четвертичная структура белка формируется из нескольких третичных путем их объединения за счет межмолекулярных взаимодействий. Примером является молекула гемоглобина, формирующаяся из четырех субъединиц и небелковой части – гемма.

    Фибриллярные – являющиеся водонерастворимыми и имеющие нитевидную форму.
  • Глобулярные – способные растворяться в воде.
  • Промежуточные, имеющие фибриллярную структуру, но способны растворяться в воде.
    Под влиянием различных факторов – физических или химических (действие высоких температур, ионизирующего излучения, крепких кислот и щелочей и т.д.) происходит процесс денатурации. Денатурация это разрушение сложной структуры белка. При этом изменяется растворимость белка, происходит потеря его активности, изменение пространственной структуры. Процесс денатурации обратим и восстановление возможно, если не разрушена первичная структура белка. Восстановление естественной (нативной) структуры белка, после прекращения действия повреждающих факторов, называется ренатурацией.

    Рисунок. Структура белка
    Функции белков в клетке чрезвычайно важны и разнообразны:
    Структурная – белки входят в состав всех клеточных структур.
  • Защитная – в плазме крови находятся белки-антитела, играющие важную роль в процессах гуморального иммунитета.
  • Транспортная – белок гемоглобин транспортирует кислород и углекислый газ.
  • Сократительная – в мышцах находится два сократительных белка: актин и миозин. Эти белки за счет энергии АТФ обеспечивают процесс мышечного сокращения.
  • Энергетическая – при расщеплении 1 грамма белка выделяется 17,6 кДж (4,1 ккал) энергии.
  • Сигнальная – в состав клеточных мембран входят рецепторные белки, соединяющиеся с гормонами. Гормоны, в свою очередь, изменяют метаболизм клетки, осуществляют регуляторную функцию в организме человека и животных.
  • Регуляторная – ряд гормонов, например, инсулин имеют белковую природу.
  • Каталитическая (ферментативная) – все ферменты по химической природе являются белками.

    6.2.2 Ферменты

    Ферменты (fermentum – брожение, синоним – энзимы). Специфические белки способные ускорять во много раз химические реакции, протекающие в живых организмах, не входя при этом в состав конечных продуктов реакции, то есть являются биокатализаторами. Наука о ферментах – энзимология. Все химические реакции катализируются соответствующими ферментами и поэтому – переваривание, всасывание, усвоение веществ, синтез и распад веществ в тканях и клетках организма и многие другие процессы является совокупностью ферментных реакций. Ферменты имеют ряд свойств, отличающих их от неорганических катализаторов.

    Ферменты – это белки, увеличивающие скорость реакции, но сами в реакции не расходующиеся. Их присутствие не влияет на природу, ни на свойства конечного продукта реакции. Активность ферментов изменяется в зависимости от рН среды, в которой они действуют, температуры, давления и, концентрации самого фермента. Ферменты обладают высокой субстратной специфичностью и способны ускорять реакции в клетках и целом организме, снижая расход энергии активации, которая требуется для того, чтобы могла произойти эта реакция.

    По химической природе ферменты делят на две группы: однокомпонентные (простые) и двухкомпонентные (сложные).

    К первой группе относят ферменты, состоящие только из белка. Их активность обусловлена активным центром, образованным специфичной для каждого фермента группой аминокислот и соответствующим по своей пространственной структуре субстрату на который этот фермент действует. К ним относятся гидролитические ферменты: пепсин, трипсин, амилаза, уреаза. Большинство ферментов этой группы могут кристаллизоваться.

    Ко второй группе относят ферменты, состоящие из белка и не белкового низкомолекулярного компонента. В этом случае белковая часть называется апоферментом (носителем фермента), а не белковая – коферментом (простетической или активной группой). Коферменты имеют разную химическую природу. Они могут состоять из органических (многие витамины, НАД, НАДФ, флавины) или неорганических веществ (атомы металлов: железа, магния, цинка, кобальта, меди). Органические и неорганические коферменты в отличие от белковой части очень стойки к действию неблагоприятных условий и могут отделяться от белкового носителя. Многие гетеротрофные организмы могут синтезировать не все необходимые коферменты, поэтому они должны получать их с пищей в виде предшественников или в готовом виде в форме витаминов.

    По механизму действия выделяют следующие виды ферментов:

    Окислительные – участвуют в дыхательных и других окислительных процессах. Например, цитохромоксидазы.

    Гидролитические – катализируют распад сложных молекул на простые с присоединением воды (гидролиз). Например, пепсин, трипсин, амилаза.

    Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции и осуществляют перенос электронов или протонов. Например, пероксидаза, трансфераза, лигаза.

    Под действием ферментов из сахара получают спирт, вакцины, обрабатывают ткани, шерсть, кожу, производят ароматизацию чая. Приготавливают хлеб, сыр и другие пищевые продукты. В настоящее время, определение активности ферментов обеспечивает раннюю диагностику инфаркта миокарда, вирусного гепатита, панкреатита, нефрита и др. заболеваний. Ряд ферментов применяют в качестве заместительной терапии при различных заболеваниях. Например, трипсин, хемотрипсин – в качестве противовоспалительных, противоотечных и облегчающих удаление вязких секретов.
    6.2.3 Углеводы

    Углеводы – это сложные органические вещества, в состав которых входит углерод, кислород и водород. Соотношение кислорода и водорода в них такое же, как в молекуле воды, что позволило русскому ученому К. Шмидту предложить в 1844 году термин углеводы. Содержание углеводов в животной клетке колеблется от 2% до 5%, а в растительной может доходить до 90%. Общая энергетическая формула углеводов С
    Все углеводы разделяются на моносахариды и полисахариды. Полисахариды образуются путем синтеза из моносахаридов и этот процесс сопровождается выделением воды.

    Моносахариды (простые сахара) – твердые кристаллические вещества, растворимые в воде и имеющие выраженный сладкий вкус. В зависимости от числа атомов углерода, входящих в их молекулу различают:
    триозы (три атома) – глицерин и его производные (молочная кислота, пировиноградная кислота);
  • тетрозы (четыре атома) – эритроза, являющаяся промежуточным продуктом фотосинтеза;
  • пентозы (пять атомов) – рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеотидов;
  • гексозы (шесть атомов) – глюкоза, фруктоза, галактоза.
    Глюкоза играет важную роль в осморегуляции. Фруктоза расщепляется быстрее глюкозы, и поэтому ее рекомендуют больным с нарушением углеводного обмена – сахарным диабетом. Галактоза – входит в состав молочного сахара – лактозы


    Схема. Глюкоза

    Полисахариды (сложные сахара) образуются из моносахаридов. Различают гомо- и гетерополисахариды. Гомополисахариды синтезируются из моносахаридов одного вида. Например, крахмал и гликоген образуется путем многократного повторения глюкозы.

    Гетерополисахариды формируются из разных моносахаридов. Полисахариды, в отличие от моносахаридов, сладкого вкуса не имеют. Причем, чем больше размер молекулы полисахарида, тем менее выражен сладкий вкус. Полисахариды разделяются на полисахариды первого и второго порядка.

    Полисахариды первого порядка составляют дисахариды, состоящие из двух моносахаридов:
    сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) – состоит из глюкозы и фруктозы;
  • лактоза (молочный сахар) имеет в своем составе глюкозу и галактозу;
  • мальтоза – состоит из двух молекул глюкозы.

    Схема. Мальтоза


    Схема. Лактоза


    Схема. Сахароза

    Полисахариды второго порядка образуются из большего числа моносахаридов. Их молекулярная масса очень велика. К этой группе соединений относится крахмал, гликоген, целлюлоза.


    Схема. Целлюлоза

    Кроме полисахаридов, состоящих из моносахаридов, существуют сложные углеводы, содержащие и другие вещества: ацетилглюкозамин – комплекс углеводов с ацетилированным азотом, входящий в состав хитина насекомых и ракообразных; гликопротеиды – комплекс углеводов с белками, входящие в состав сыворотки крови и гликолипиды – комплекс углеводов с липидами, входящий в состав клеточных мембран.


    Структурная – входят в состав мембран растительных и животных клеток.
  • Энергетическая – при расщеплении 1 грамма углеводов выделяется 17,6 кДж (4,1 ккал) энергии.
  • Запасающая – запасаются в растительных клетках в виде крахмала, а в животных в виде гликогена и расщепляются при недостатке питательных веществ.
  • Защитная – входят в состав слизей, защищающих стенки желудка, кишечника и бронхов.

    6.2.4 Липиды

    Термин липиды происходит от греческого lipos – жир. Липиды – это большая группа органических соединений, практически не растворимых в воде, но хорошо растворяющихся в органических растворителях – спирте, эфире и других. Это свойство липидов связано с тем, что в их молекулах преобладают неполярные, гидрофобные структуры. Содержание липидов в животных клетках составляет в среднем от 5 до 15%. В жировых клетках их количество может достигать 80-90%.

    Липиды представляют соединение трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в состав липидов в зависимости от особенностей их строения разделяются на насыщенные – не содержащие двойных связей (пальментиновая и стеариновая) и ненасыщенные – содержащие двойные связи (олеиновая). Растительные жиры, в основном, содержат ненасыщенные жирные кислоты и являются жидкими. Животные жиры – содержат насыщенные жирные кислоты и чаще всего твердые. Исключением могут служить пальмовое масло – твердое и рыбий жир – жидкий.


    Простые липиды – состоят только из трехатомного спирта и жирных кислот. К ним относятся природные жиры и воск.
  • Сложные липиды, называемые также липоиды – образованы спиртом, жирными кислотами, а так же другими соединениями. К сложным липидам относятся: фосфолипиды и гликолипиды, входящие в состав клеточных мембран; сфинголипиды – большое количество которых обнаруживается в миелиновых оболочках нервов.
  • Стероиды – их молекулы не имеют полярности. К ним относятся половые гормоны (тестостерон, эстриол), гормоны коры надпочечников (кортизон), витамин Д, желчные кислоты и ряд других веществ.
  • Животные и растительные пигменты – хлорофилл, билирубин.

    Энергетическая – при расщеплении 1грамма липидов выделяется 38,9 кДж (9,3 ккал) энергии.
  • Регуляторная – входят в состав гормонов, регулирующих процессы жизнедеятельности.
  • Структурная – входит в состав всех клеточных мембран.
  • Запасающаяоткладываясь в подкожно-жировой клетчатке, служат запасом питательных веществ.
  • Терморегуляторная – жир плохой проводник тепла.
  • Источник эндогенной воды – при расщеплении 100 грамм жира выделяется 107 мл воды.

    6.2.5 Нуклеиновые кислоты

    Свое название эти органические соединения получили от латинского слова nucleus – ядро, так как впервые были открыты швейцарским ученым Мишером в 1868 году в клеточном ядре. Впоследствии нуклеиновые кислоты были найдены в цитоплазме. Нуклеиновые кислоты – это биополимеры, мономером которых является нуклеотид. Существует два основных вида нуклеиновых кислот – ДНК и РНК.

    ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Входит в состав хромосом, каждая хроматида которых – это одна молекула ДНК. Длина всех молекул ДНК в диплоидном наборе соматических клеток человека составляет около 1,7 метра. Современная пространственная модель строения ДНК предложена в 1953 году Уотсоном и Криком. На основании этой модели каждая молекула ДНК представляет собой правозакрученную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей. В одном витке такой спирали находится 10 пар нуклеотидов. Нуклеотид состоит из азотистого основания, фосфорной кислоты и углевода (пентозы) – дезоксирибозы.


    Схема. Структура нуклеотида
    В состав ДНК входят азотистые основания четырех видов: аденин (А), гуанин (Г), Тимин (Т), и цитозин (Ц). Первые два вида азотистых оснований относятся по своей химической природе к пуриновым, а вторые к пиримидиновым. Английский ученый Чаргафф в 1951 году доказал, что соотношение пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований всегда равно 1:1 или А+Г=Т+Ц. Это обеспечивает свойство комплиментарности присущее молекуле ДНК. Фосфорная кислота в составе нуклеотидов ДНК выполняет связующую роль, образуя ионные связи с белками гистонами при формировании хромосом. В каждой цепочке ДНК нуклеотиды соединяются при помощи ковалентных связей, возникающих между фосфорной кислотой одного нуклеотида и дезоксирибозой другого.

    В двух цепочках ДНК нуклеотиды располагаются по принципу комплиментарности (от французского «дополнение»). Напротив нуклеотида с азотистым основанием аденин всегда располагаться нуклеотид, содержащий тимин, а напротив нуклеотида с азотистым основанием гуанин – нуклеотид с цитозином. Таким образом, единственно возможными парами являются А/Т и Г/Ц.

    Две цепочки ДНК соединяются водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями нуклеотидов разных цепей. Между аденином и тимином образуется двойная водородная связь, а между гуанином и цитозином – тройная. Исходя, из строения ДНК вытекает, что последовательность нуклеотидов в одной из цепей определяет строго комплиментарную ей последовательность в другой полинуклеотидной цепи. Две цепочки полинуклеотидов в молекуле ДНК антипараллельны – каждая из них имеет 5/ и 3/ конец.

    Считывание информации происходит только с одной из цепей ДНК от 3/ к 5/ концу. В ДНК эукариот имеются как уникальные, так и повторяющиеся последовательности нуклеотидов: АТАТАТАТ – ТАТАТАТА. Повторяющаяся ДНК называется так же эгоистичной. С нее не происходит считывание информации, она входит в состав гетерохроматина. Эта ДНК выполняет две функции:

    Структурная – при формировании хромосомы образует центромеры и теломеры.

    Регуляторная – считается, что гетерохроматиновые участки хромосом могут инактивировать расположенные рядом с ними гены.

    Функция ДНК – хранение и реализация наследственной информации. В ДНК записана информация о первичной структуре белков организма. Три нуклеотида в молекуле ДНК образуют триплет или кодон, кодирующий одну аминокислоту.

    Последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК определяет последовательность расположения аминокислот в молекуле белка. ДНК обладает свойством репликации – самоудвоения, которое происходит в синтетическом периоде интерфазы перед делением клетки. Репликация необходима для равномерного и идентичного распределения наследственной информации между двумя дочерними клетками и представляет сложный ферментативный процесс, происходящий тремя способами.


    Схема. Строение полинуклеотидных цепей ДНК и их редупликация.

    Полуконсервативный способ репликации ДНК был открыт в 1958 году М. Лисельсоном и Ф. Сталем. Он наиболее часто встречается у живых организмов. Фермент ДНК – топоизомераза раскручивает правозакрученную спираль ДНК. Затем фермент геликаза проникает между двумя цепочками ДНК, разрывает водородные связи и одна полинуклеотидная цепь отходит от другой, образуя вилку репликации. Фермент ДНК – полимераза прикрепляется к исходной молекуле ДНК и, двигаясь от 3/ к 5/ концу, осуществляет синтез новых цепей ДНК. Происходит это по принципу комплиментарности из свободных нуклеотидов, поступающих из цитоплазмы в ядро. Так, происходит формирование двух идентичных молекул ДНК, в которых одна полинуклеотидная цепь старая, а вторая вновь синтезированная.

    Консервативный способ репликации встречается реже, чем полуконсервативный. Консервативная репликация происходит аналогично полуконсервативной и при участии тех же ферментов. Но при образовании двух молекул ДНК одна состоит из двух старых полинуклеотидных цепей, а вторая из двух новых.

    Дисперсная репликация. Исходная молекула ДНК распадается на фрагменты различной длины, служащие матрицами для построения новых двойных спиралей, которые затем объединяются в новые молекулы. Образовавшиеся две молекулы ДНК состоят из старых и вновь синтезированных фрагментов. К консервативной и дисперсной репликации способны лишь некоторые формы вирусов. Все эукариоты и большинство прокариот обладают полуконсервативной репликацией.

    ДНК у эукариот находится в ядре клетки, а так же в митохондриях и пластидах.

    РНК – рибонуклеиновая кислота. Одноцепочечный биополимер, мономером которого является нуклеотид. В отличие от ДНК в нуклеотиде РНК пиримидиновое азотистое основание тимин заменено похожим по свойствам – урацилом, а вместо углевода дезоксирибозы – находится рибоза, так же относящаяся к группе пентоз. РНК, в зависимости от вида, обнаруживается как в ядре (преимущественно в ядрышке), так и в цитоплазме. Типы РНК:

    Информационная или матричная РНК (и-РНК,м-РНК) синтезируется в ядре клетки на молекуле ДНК, при этом происходит переписывание генетической информации, которая затем переносится на рибосомы. Информационная РНК составляет менее 2% от всей клеточной РНК, так как после завершения биосинтеза белковой молекулы и-РНК разрушается.

    Рибосомная РНК (р-РНК) составляет 80-90% всей клеточной РНК. Входит в состав большой и малой субъединиц рибосом, участвует в процессе биосинтеза белка.

    Транспортная РНК (т-РНК) составляет 6-8% от всей клеточной РНК. Ее молекула самая короткая среди всех видов РНК и состоит всего из 80 нуклеотидов, расположенных в виде клеверного листа. На одном конце т-РНК располагается триплет нуклеотидов – антикодон, а на другом конце прикрепляется аминокислота, кодируемая данным триплетом. Транспортные РНК располагаются в цитоплазме, где их открыто не менее 60- ти видов, по числу триплетов кодирующих аминокислоты. Т-РНК транспортируют аминокислоты к рибосомам, где из них собирается полипептидная цепь.
    6.2.6 АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

    Содержится в растительных, так и в животных клетках в гиалоплазме, митохондриях, хлоропластах и ядрах. АТФ – это макроэргическое соединение, способное запасать в себе большое количество энергии.

    По химической структуре АТФ представляет собой комплекс из азотистого основания – аденина, углевода – рибозы, и трех остатков фосфорной кислоты.


    Схема. Молекула АТФ

    Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены высокоэргическими связями в каждой из которых, запасается примерно 40 кДЖ энергии. Синтез АТФ в животной клетке происходит в митохондриях, а в растительной в хлоропластах.

    Образование АТФ происходит из АДФ (аденозиндифосфорной кислоты) и неорганического фосфата, за счет энергии высвобождаемой в процессе расщепления органических веществ или в процессе фото- и хемосинтеза.

    АДФ + Ф → АТФ

    АТФ - Ф → АДФ (аденозиндифосфорная кислота)

    АДФ - Ф → АМФ (аденозинмонофосфорная кислота)

    Образовавшаяся в митохондриях и пластидах АТФ по каналам эндоплазматической сети поступает к различным частям клетки.


    7. Генетический код


    Генетический код – это единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Большая заслуга в расшифровке генетического кода принадлежит Г. Гамову (1954 г.) и Г. Матеи (1965 г.). Генетический код основан на использовании алфавита, состоящего из четырех нуклеотидов, отличающихся азотистыми основаниями – А, Г, Т, Ц. Так как белки состоят из 26 различных аминокислот, объединенных в разной последовательности, то каждая аминокислота не может кодироваться только одним или только двумя нуклеотидами, так как в этом случае можно будет записать всего четыре или 16 аминокислот. Только три нуклеотида, объединенные в триплет или кодон образуя 64 разные комбинации, смогут записать все аминокислоты.

    Из 64 возможных триплетов только 61 записывают последовательность аминокислот в белковой молекуле. Три кодона не записывающие аминокислоты называются нонсенс-кодонами или стоп-кодонами. Стоп-кодоны обычно прекращают процесс транскрипции. РНК-полимераза, дойдя до этих триплетов открепляется от молекулы ДНК и прекращает синтез и-РНК.


    Универсальность. У всех живых организмов наследственная информация записывается одинаково – порядком расположения нуклеотидов.
  • Триплетность. Три нуклеотида образуют триплет или кодон записывающий одну аминокислоту.
  • Однозначность (специфичность). Один триплет или кодон может записывать только одну аминокислоту.
  • Вырожденность (избыточность). Так как кодирующих триплетов 61, а в составе белков не более 26 аминокислот, то одна аминокислота может кодироваться несколькими различными триплетами. Исключением являются только две аминокислоты – метионин и триптофан, которые кодируются только одним триплетом. Избыточность генетического кода является свойством, повышающим его надежность при возникновении мутаций.
  • Неперекрываемость. Процесс считывания генетической информации не допускает возможности перекрывания кодонов и поэтому один и тот же нуклеотид не может одновременно входить в два соседних триплета.
  • Линейность – кодоны в генетическом коде (молекуле ДНК) располагаются линейно друг за другом без перерывов и знаков пунктуации.
  • Колинеарность (соответствие) – расположение аминокислот в молекуле белка соответствует порядку расположения кодонов в молекуле ДНК.
  • Дискретность. Генетический код состоит из отдельных дискретных единиц – триплетов.
  • Целостность. Только вся совокупность триплетов позволяет записать всю необходимую генетическую информацию.
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    перейти в каталог файлов


  • связь с админом