Трансмембранный перенос (транспорт в-в через плазмолемму)

Понятие биологической системы. Клетка как открытая система. Организация потоков вещества, энергии и информации в клетках многоклеточного организма. Примеры процессов самообновления, самовоспроизведения и саморегуляции в клетке.

Биологическая система – это биологические объекты различной сложности (клетки, ткани, организмы, биоценозы), имеющие, как правило, несколько уровней структурно-функциональной организации. Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, биологические системы обладают свойствами целостности, способности к саморегуляции, что и определяет их устойчивость, а также способность к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции. Любая биологическая система является динамической – в ней постоянно протекает множество процессов, часто сильно различающихся во времени. В то же время биологическая система – открытая система, условием существования которой служит обмен энергией, веществом и информацией как между частями системы, так и с окружающей средой. Важнейшая особенность биологической системы заключается в том, что такой обмен осуществляется под контролем специальных механизмов реализации генетической информации и внутреннего управления, которые позволяют избежать «термодинамической смерти» путем использования энергии, извлекаемой из внешней среды.

Примеромбиологической системы являются все живые организмы, населяющие нашу планету, в том числе и растения.

Клетка— элементарная структурная, функциональная и генетическая единица. Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм — одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных. Клетка является открытой системой, благодаря заложенным в ней механизмам клтка обеспечивает обемен в-в, использование биолгической информации, размножение, св-ва наследственности и изменчивости, обуславливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Все клеточные формы жизни на Земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток:

-прокариоты (доядерные) — более простые по строению и возникли в процессе эволюции раньше;

-эукариоты (ядерные) — более сложные, возникли позже.

На уровне клетки проявляются большинство основных свойств живой материи - обмен веществ и энергии, рост, развитие, раздражение, самовоспроизведение. Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями. Так, например, выделенные актин-миозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки активно «работают» многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биологически молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок и т. д.

Клеточная теория

Важнейшим научным доказательством единства всего живого послужила клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839).

Основные положения:

1. клека - элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.

2. клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.

3. Клетки всех организмов гомологичны.

4. Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.

5. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны ( способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма).

Саморегуляция- свойство биологических систем автоматически устанавливать и поддерживать на определённом, относительно постоянном уровне те или иные физиологические или других биологические показатели. Примером саморегуляции на молекулярном уровне могут служить те ферментативные реакции, в которых конечный продукт, определенная концентрация которого поддерживается автоматически, влияет на активность фермента.
Самообновление, то есть способность сохранять неизменный фенотип после деления (без дифференцировки).самообновления- разрушение лизосомами поврежденных органоидов ,в замен которых образуются новые;

Самовоспроизведение — способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида или включения к образованию себе подобного.]Самовоспроизведение у живых организмов происходит за счет размножения.

№2 Органические и неорганические вещества клетки. БАВ, синтезируемые в клетке и их значение для медицины.

E всего живого, в составе клеток есть органические и неорганические вещества.

Неорганических веществ - это вода (40-98% от всего объема клетки) и минеральные вещества.

Водав клетке выполняет множество важнейших функций: она обеспечивает упругость клетки, быстроту проходящих в ней химических реакций, перемещение поступивших веществ по клетке и их вывод, в воде растворяются многие вещества, она может участвовать в химических реакциях и именно на воде лежит ответственность за терморегуляцию всего организма, так как вода обладает неплохой теплопроводностью.

Минеральные вещества делятсяна макроэлементы и микроэлементы, также в организме есть и ультрамикроэлементы,

- Макроэлементы - железо, азот, калий, магний, натрий, сера, углерод, фосфор, кальций и многие другие.

- Микроэлементы - это, в большинстве своем, тяжелые металлы, такие, как бор, марганец, бром, медь, молибден, йод цинк.

- Ультрамикроэлементы - золото, уран, ртуть, радий, селен и другие.

Органические вещества — составляют 20-30% состава клетки. Они могут быть простыми (аминокислоты, глюкоза, жирные кислоты) и сложными (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды).

К органическим веществам относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул - гормонов, пигментов, АТФ и многие другие.

1) Углеводы— одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также входят в состав клеток всех других организмов. В животной клетке содержится I—2% углеводов, в растительных в некоторых случаях — 85—90%.

Выделяют: моносахариды, или простые сахара;олигосахариды — соединения, состоящие из 2—10 последовательно соединенных молекул простых сахаров;полисахариды, состоящие более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных.

2) Белки- высокомолекулярные органические вещества,мономерами которых являются аминокислоты.
В строении молекул белков различают 4 уровня организации: первичная структура, вторичная структура, третичная структура, четвертичная структура. Нарушение природной структуры белка называют денатурацией, возникает под воздействием высокой температуры, химических веществ, лучистой энергии и др. факторов.

Фун-ии белка в жизни клеток и организмов:строительная (структурная), каталитическая функция, Опорно-двигательная, Транспортная, Защитная, Энергетическая, Регуляторная и гормональная, Рецепторная

3) Липиды- нерастворимые в воде жиры и жироподобные вещества, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. У растений - в семенах, плодах. Кроме жиров в клетках присутствуют и их производные - стероиды (холестерин, гормоны и жирорастворимые витамины А, D, К, Е, F ).

Фун-ии липидов :структурная, энергетическая, запасательная, защитная, влияют на функционирование нервной системы,источник воды для организма .

4) Нуклеиновая кислота -высокомолекул орг соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации. Существует два вида нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Биологически активные вещества (БАВ) — химические вещества, обладающие высокой физиологической активностью при небольших концентрациях по отношению к определённым группам живых организмов (в первую очередь — по отношению к человеку, а также по отношению к растениям, животным, грибам и пр.) или к отдельным группам их клеток. Физиологическая активность веществ может рассматриваться как с точки зрения возможности их медицинского применения, так и с точки зрения поддержания нормальной жизнедеятельности человеческого организма либо придания группе организмов особых свойств (таких, например, как повышенная устойчивость культурных растений к болезням)

К биологически активным веществам относятся: ферменты, витаминыи гормоны. Это жизненно важные и необходимые соединения, каждое из которых выполняет незаменимую и очень важную роль в жизнедеятельности организма.Переваривание и усвоение пищевых продуктов происходит при участии ферментов,синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других веществ в тканях организма представляет собой также совокупность ферментативных реакций.Впрочем, и любое функциональное проявление живого организма - дыхание, мышечное сокращение, нервно-психическая деятельность, размножение и т.д. - тоже непосредственно связаны с действиемсоответствующих ферментных систем..Их значение для человеческого организма не ограничивается рамками нормальной физиологии. В основе многих заболеваний человека лежат нарушения ферментативных процессов.

1) Гормоны- это продукты внутренней секреции, которые вырабатываются

специальными железами или отдельными клетками, выделяются в кровь и разносятся по всему организму в норме вызывая определенный биологический эффект.Сами гормоны непосредственно не влияют на какие-либо реакции клетки.Только связавшись с определенным, свойственным только ему рецептором вызывается определенная реакция.

2) Витамины— это органические соединения различной химической структуры,которые необходимы для нормального функционирования практически всех процессов в организме. Они повышают устойчивость организма к различным экстремальным факторам и инфекционным заболеваниям, способствуют

обезвреживанию и выведению токсических веществ и т. д.

3) Ферменты - белки и биополимеры. Синтезируются в рибосомах. Бывают двух типов: однокомпонентные (состоят только из белка) и двухкомпонентные (из белка и небелкового компонента неорг и орг). Почти каждая химическая реакция в клетке катализируется особым ферментом.Ферменты участвуют в синтезе белка, ДНК и РНК. Они содержатся в слюне, в желудочном соке, в каждой клетке.

3 Эукариотическая клетка — форма организации живой материи. Основыные структурные компоненты эукариот]клетки. Современные представления о строении и функциях биологических мембран, Принципы компартментации. Транспорт в-в через плазмолемму.

Эукариоты— домен (надцарство) живых организмов, клетки которых содержат ядра (ядерные). К ним относятся все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие.Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток.В цитозоле любой (не только растительной) современной эукариотической клетки находятся следующие органеллы: ядро, ЭПС, аппарат Гольджи, цитоскелет, центриоль, митохондрии, лизосомы; растительная клетка наряду с этими органеллами обязательно содержит: пластиды, вакуоли.

Трансмембранный перенос (транспорт в-в через плазмолемму)

Следует разделять способы помолекулярного (поионного) и мультимолекулярного трансмембранного переноса. В первом случае мол-лы (ионы) в-ва проходят через мембрану относительно независимо др от друга. Во втором — за один акт переноса перемещается сразу огромное число молекул. Способы помолекулярного переноса: (данные способы транспорта используются только для низкомолекулярных в-в)

- простая диффузия — самостоятельное проникновение в-в через мембрану по градиенту концентрации.Так проходят небольшие нейтральные мол-лы (Н2О, СО2, О2) и низкомолекулярные гидрофобные орг в-ва ( жирные к-ты, мочевина)

- облегченная диффузия — проходит через мембрану также по градиенту концентрации, но помощью спец белка — транслоказы, которые образуют в мембране транспортные каналы. Примерами таких каналов являются ионные каналы — в частности К+ - каналы, Na+ - каналы, анионные канали и т. д.

- Активный транспорт — в-ва переносятся с помощью спец транспортной сис-мы (насоса) против градиента концентрации. Для этого требуется энергия (АТФ). Пример подобных сис-м: Na+, K+ - насос ( или Na+, K+ - АТФаза) .

Способы мультимолекулярного переноса:

1) Эндоцитоз — различают 2 разновидности эндоцитоза

- пиноцитоз — захват и поглощение клеткой рас-ров в-в

- фагоцитоз — перенос в клетку тв частиц

2) экзоцитоз — здесь тоже существует 2 варианта, в зависимости от растворимости выделяемых из клетки в-в:
- секреция — мультимолекулярное выделение из клетки растворенных в-в
- экскреция — выведение из клетки тв части.

- Существует еще одно понятие — трансцитоз (или рекреция), это перенос в-в через клетку; здесь сочетаются эндо- и экзоцитоз

№4 Эукариотическая клетка- форма организации живой материи. Основные структурные компоненты эукариот клетки. Ядро. Взаимосвязь струк-ры и фун-ции. (про эукариот кл и компоненты в билете №3подробно)

Ядро— это один из структурных компоненто вHYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/Эукариоты"эукариотическойHYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/Клетка"клетки, содержащий генетическую информацию(молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтезаHYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/Белок"белка. Ядро состоит из хромати́на, я́дрышка, кариопла́змы (или нуклеоплазмы) и ядерной оболочки. В клеточном ядре происходит репликация(или редуплика́ция) — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на молекуле ДНК. Синтезированные в ядре молекулы РНК модифицируются, после чего выходят в цитоплазму. Образование обеих субъединиц рибосом происходит в специальных образованиях клеточного ядра — ядрышках. Таким образом, ядро клетки является не только вместилищем генетической информации, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится.Cтруктура клеточного ядра: хроматин; ядерная оболочка, ядерная ламина и ядерные поры; ядрышко, ядерный матрикс.

1)Хроматином называют молекулы хромосомной ДНК в комплексе со специфическими белками, необходимыми для осуществления этих процессов. Основную массу составляют «белки хранения»- гистоны. Из этих белков построены нуклеосомы - структуры, на которые намотаны нити молекул ДНК. Нуклеосомы располагаются довольно регулярно,она состоит из белков четырех типов: H2A, H2B, H3 и H4. В одну нуклеосому входят по два белка каждого типа— всего восемь белков. Гистон H1, более крупный чем другие гистоны, связывается с ДНК в месте ее входа на нуклеосому. Нуклеосома вместе с H1 называется хроматосомой.

Нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30 нанометров, так называемую 30 нм фибриллу. Дальнейшая упаковка этой фибриллы может иметь различную плотность. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. ДНК, находящаяся в гетерохроматине, не транскрибируется, обычно это состояние характерно для незначимых или молчащих участков. В интерфазе гетерохроматин обычно располагается по периферии ядра (пристеночный гетерохроматин). Полная конденсация хромосом происходит перед делением клетки. Если хроматин упакован неплотно, его называют эу-илиинтерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется наличием транскрипционной активности. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов —ацетилированиеми фосфорилированием.
2) Ядерная оболочка, ядерная ламина и ядерные поры (кариолемма)От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой, образованной за счёт расширения и слияния друг с другом цистернэндоплазматической сетитаким образом, что у ядра образовались двойные стенки за счёт окружающих его узких компартментов. Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным пространством. Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жёсткой белковой структурой, образованной белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомнойДНК. Ламины прикрепляются к внутренней мембране ядерной оболочки при помощи заякоренных в ней трансмембранных белков — рецепторов ламинов. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит материальный обмен между ядром и цитоплазмой. Пора не является дыркой в ядре, а имеет сложную структуру, организованную несколькими десятками специализированных белков — нуклеопоринов.

3) Ядрышко -находится внутри ядра, и не имеет собственной мембранной оболочки Основной функцией ядрышка -синтез рибосом. В геномеклетки имеются специальные участки, так называемые ядрышковые организаторы, содержащие геныHYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/РРНК"рибосомной РНК (рРНК), вокруг которых и формируются ядрышки. В ядрышке происходит синтез рРНК РНК полимеразой I, ее созревание, сборка рибосомных субчастиц. В ядрышке локализуются белки, принимающие участие в этих процессах. Некоторые из этих белков имеют специальную последовательность— сигнал ядрышковой локализации . Самая высокая концентрация белка в клетке наблюдается именно в ядрышке. В этих структурах было локализовано около 600 видов различных белков, лишь небольшая их часть действительно необходима для осуществления ядрышковых функций, а остальные попадают туда неспецифически.

4) Ядерный матрикс - называют нерастворимый внутриядерный каркас. Считается, что матрикс построен преимущественно из негистоновых белков, формирующих сложную разветвленную сеть, сообщающуюся с ядерной ламиной. Возможно, ядерный матрикс принимает участие в формировании функциональных доменов хроматина. Впрочем, не все исследователи признают существование ядерного матрикса. Для осуществления процессов репликации, транскрипции, а также поддержания определенного положения хромосом в обьеме ядра существуют каркасные белковые структуры - ядерный белковый матрикс. Наблюдения показывают, что компоненты ядерного матрикса — это не жесткие застывшие структуры, они динамичны и могут сильно видоизменяться в зависимости от функциональных особенностей ядер. Показано, что белковый матрикс имеет множество точек прочного связывания с ДНК ядра, которая, в свою очередь, имеет специальные последовательности нуклеотидов, необходимые для этого.